基于PLC和觸摸屏的皮革覆膜機控制系統

2018-02-26 09:45:22喬鵬

電子技術與軟件工程 2018年16期

喬鵬

摘要

許多皮革生產企業，仍然還在使用以工控器和直流組成的控制系統，其覆膜的精度雖能符合基本要求，但通常不是太高。隨著社會的進步與發展，原來的控制系統已經不能滿足客戶對產品更高的要求，因而提高自身產品的科技含量顯得非常重要。由于皮革自身的特點，在覆膜過程中，其張力難以控制，容易產生氣泡、脫層等不可克服的問題。改進的皮革覆膜機控制核心由PLC和觸摸屏組成，利用伺服電機驅動系統，張力傳感器控制張力，溫度傳感器控制溫度，自動化程度比以往有大大的提升，有效地提高了工作效率、控制精度、張力大小、溫度高低。

【關鍵詞】皮革覆膜機 PLC 觸摸屏自動化傳感器

許多皮革生產企業，仍然還在使用以工控器和直流組成的控制系統，其覆膜的精度雖能符合基本要求，但通常不是太高。隨著社會的進步與發展，原來的控制系統已經不能滿足客戶對產品更高的要求，因而提高自身產品的科技含量顯得非常重要。本文介紹的高精度皮革覆膜機控制系統，電機運轉速度由伺服電機控制，皮革的長度由PLC結合編碼器控制，鏡面輥表面溫度由自動溫度控制系統精確控制，張力傳感器實時反饋張力情況，當覆膜實際長度等于設定值時，電機停止運轉，覆膜完成，人機界面上顯示覆膜的速度及累計的覆膜長度等參數。

1 皮革覆膜機的概述

1.1 覆膜的過程

皮革覆膜就是將皮革與涂上粘合劑的塑料薄膜，經加壓、加熱后粘合在一起，生產出皮塑一體的產品。覆膜以后大大提高了皮革的光澤度和堅固度，使皮革的顏色更鮮亮，具有一定的立體感，同時還能夠起到耐折、耐磨、耐腐蝕、防污、防水、易清理等特點。皮革覆膜，在加熱加壓進行復合的時候，粘合劑需要均勻地敷于薄膜表面，經過干燥裝置干燥后，再進行熱壓復合，最后生產出皮塑一體的產品。

1.2 覆膜機熱壓合的方式

覆膜機熱壓合的方·所示熱壓合部分是覆膜的核心所在，直接關系到覆膜皮革的粘結穩固度。熱壓合工作原理是由于粘合劑在融熔狀態時能夠快速浸潤及滲入皮革表層，獲得穩固的結界層。熱壓區域由一組輥筒組合而成，熱壓輥為金屬輥筒，內裝電加熱管，通過系統自動控制溫度，輥筒壓力通過間隙調節。

1.3 覆膜機的結構

皮革覆膜機主要由薄膜放卷、皮革輸入、熱壓區、收卷四個部分組成，還包括機械傳動裝置、控制系統等裝置。其中熱壓區部分為覆膜機的核心部分，包括一對復合輥組。復合輥組是由可加熱的壓力輥、無加熱的壓力輥組成。熱壓力輥經精磨、拋光處理，內部為空心狀態，其中裝有加熱管，溫度控制由溫度傳感器采樣、并隨時校正。

2 覆膜機的系統要求

機器在工藝控制上要求具備手動和自動功能，在手動運行的功能下下可以調整電機前進以及后退，自動功能下整機可以自動運行;

覆膜的寬度可以調整，從100mm-2000mm不等;

覆膜的厚度為10-20um，膠層厚度為5-20um，同時可以根據皮革自身厚薄誤差進行分別調節;

放卷裝置和收卷裝置的速度可以設定;

覆膜機的預設長度、長度實測值、張力情況能夠實時的顯示，覆膜機的松緊度可以實時調整。為了簡化操作人員操作，必須采用友好易讀的人機界面，容易設定觀測參數，有效方便地控制設備，監視設備的運行過程。

3 覆膜機的主控方式選型

數控系統。專業的數控系統具備很多優點包括程序易修改，復雜的運動控制精確性高，但最大的缺點是價格太貴，同時對操作人員技能要求的要求較高，而本系統的皮革覆膜機控制程序簡單，控制程序無需經常改變，所以本設備不適合選用數控系統。

運動控制卡，運動控制卡需結合計算機實現控制功能，硬件成本相對較低，但是控制精確性偏弱，同時對計算機的依賴性過高，穩定性存在隱患。另外，計算機便捷性較差，不適合本設備的使用。

PLC+觸屏，本方案面向工業環境，穩定性高，體積大小適合，價格便宜。程序采用LAD梯形圖語言，程序幾乎無需維護。

比較而言：選擇PLC+觸屏方案。

4 硬件配置

4.1 張力檢測裝置

張力傳感器和設備的貼合非常的緊密。一般使用成對的張力傳感器，分別安裝于檢測導輥的兩側，當料帶被施加負載時，張力傳感器當中的敏感元件會產生變形位移，通過位移量的大小檢測出實際張力值，并轉換成張力信號反饋給控制器，實現張力閉環控制。張力傳感器的類型較多，經常采用的有板簧式微位移張力傳感器、應變電阻片張力傳感器和壓磁式張力傳感器。

根據設備的特點，采用超薄式張力傳感器，該傳感器具有如下優點：內置軸承，防塵防腐蝕設計，安裝方便，輸出信號響應快、線性好等特點

4.2 溫度檢測裝置

采用溫度傳感器采集溫度，覆膜機工作時，覆膜輥在不斷地運動，這就導致測溫點快速變化，考慮溫度傳感器的操作方法、工作特點、價格優勢等，結合覆膜機工作方式，選用非接觸式的紅外測溫傳感器，其優點為：無接觸可測問，響應快，不受摩擦干擾等。

4.3 收、放卷設備

放卷設備是將一定直徑的卷材按設定的運動方式放開。由于放卷過程中卷材的半徑越來越小，轉速可能越來越快，導致張力變小，因此在放卷設備上需安裝制動設備。

同理，收卷設備隨著卷材的卷繞，半徑越來越大，導致張力變大，從而使得產品厚度變小，不均勻，甚至斷裂;可以用旋轉編碼器和高速計數器來檢測長度信號，根據長度值，用PLC的開關量改變調壓器的電壓，以此調節卷取時張力。

4.4 伺服驅動系統

由于伺服的響應速度遠遠大于變頻器，而且系統對速度的精度和響應要求很高，所以采用伺服控制。伺服驅動系統采用“脈沖+方向”控制模式，速度控制從PLC控制模塊的高速脈沖輸出口輸出，控制伺服驅動器的速度和方向。優點如下：運轉平穩，不會產生振動;精度高;響應快，加減速時間短;過載能力強;控制更可靠。

4.5 PLC配置

復膜機控制系統是對多個模擬量的閉環控制，因此對PLC的運算速度、可靠性要求極高，為此選用西門子S7-300系列PLC。S7-300 PLC具有強大的PID控制功能，編程簡單，易實現PID閉環控制。S7-300 PLC的CPU模塊都有一個MPI（多點接口）接口，易于實現與計算機的接口通信。

4.6 人機界面

通過復膜機控制系統要求控制的參數可知，人機界面即觸摸屏需要具有較大尺寸和響應速度。由于本系統PLC選用的是S7-300型號，因此觸摸屏也選用西門子的產品，西門子的觸摸屏有以下優點：功能強、可靠高、易于實現觸摸屏和S7-300之間的通信、可進行模擬調試。本系統觸摸屏采用西門子TP270系列，屏幕尺寸10.4英寸，256色液晶，1個CF卡插槽、兩個RS-232接口、一個RS-422/485接口，可以通過USB、RS-232串口連接打印機。

主畫面如圖1所示，系統運行時顯示該畫面，包含系統主要的信息，主要有實時速度、實時溫度、緊急停止、張力報警、長度設定等，該畫面用于顯示最重要的工藝參數并可實時控制。

4.7 覆膜機的控制系統示意圖

如圖2所示。

5 軟件設計

覆膜機運行時，首先由PLC對系統進行初始化，檢測CPU，存儲器以及各I/O端口等狀態，進行系統自檢測，確認系統各部分是否正常;循環掃描輸入端口信號，執行參數的設定，開始運行。

5.1 PLC主要輸入輸出接口

自動手動按鈕;自動運行開始;伺服故障輸入;伺服電機;燙壓機運行信號等。

5.2 軟件系統功能圖

如圖3所示。

6 結語

設備試制成功后經廠家使用，控制系統的性能非常穩定可靠，抗干擾能力較強，達到廠家要求的主要性能指標。新增加的人機界面功能，為方面操作以及掌握產品的信息提供了幫助。但與傳統的覆膜機比較設備的成本有所提高。

參考文獻