液壓燙金機控制程序設計分析

賈瑞超 蔡吉飛

為恢復某公司臥式平壓平液壓燙金機PLC的控制程序，首先通過對該機器工作原理分析，找到其動平臺運行的時序關系以及中間可能出現的故障處理方法;在此基礎上確定機器上可作為PLC的輸入信號和輸出信號的相關信息;其次按照輸入信號和輸出信號之間的邏輯關系利用梯形圖編寫PLC程序，然后建立觸摸屏和PLC相互之間的設備地址聯系，最后完全恢復了該設備的正常運轉功能，此案例可為從事PLC相關工作的技術人員參考使用。

PLC程序設計是很多機械類、自動化專業學生必修的內容之一，很多學生上課時好像學得很清楚，實戰中卻不知道怎么用？工廠中從事機電設備維護的技術人員接觸PLC設計方面的工作也比較少，主要是以PLC維修服務為主。對他們來說，也急需了解PLC程序的設計過程。因此本文從實戰的角度給大家介紹PLC的編程及應用實踐，為大家提供一個案例，供大家編寫程序時參考。某公司半自動臥式平壓平液壓燙金機的PLC因電池無電而導致程序丟失，且無法與該機器的生產廠家取得聯系了。針對此情況，我們決定根據現場操作人員對機器工作原理的描述，自行開發一套PLC程序來解決這個問題。

半自動臥式平壓平燙金機工作原理分析

該燙金機控制信號驅動的只有4個電動執行元件：一是動平臺上下移動液壓馬達的控制電磁閥，二是走箔電機，三是收廢品電機，四是燙金機的加熱板。動平臺上下移動是通過控制液壓回路的電磁閥實現的（一個負責上升，一個負責下降）;走箔電機轉動是動平臺下降信號控制驅動的，轉動時間長短可通過金箔的長度信號來控制;燙金板加熱起始時間是動平臺上到最高位置時啟動的，加熱時間是通過時間繼電器或PLC控制信號實現的。為了安全操作，燙金機上下移動時需要雙手按鈕操作，這樣防止一只手可能留在平臺中間;同時機器上還有安全杠，機器處于自動狀態時，安全杠觸發后可以隨時停車。

PLC程序編程

機器上本身使用的是永宏PLC，長期閑置導致電池失效，致使PLC存儲程序丟失，更換電池后即能重新編程。本程序現場編寫時，要注意電腦+PLC和電腦+觸摸屏的連接方法。電腦+PLC之間的連接可直接使用RS232九針軟線，但電腦+觸摸屏之間的連接線需要跳線，這在使用時要特別注意，同時要安裝串口驅動程序。如果一時記不住，可通過百度搜索獲取跳線方法。PLC編程時首先要確定信號的輸入點和輸出點，然后再分析這些輸入點和輸出點之間的關系。有些輸入點和輸出點不方便直接聯系起來，需要通過中間輔助觸點轉換來實現。除此之外，對于數據處理，還要用到一些專用的功能模塊。

1.PLC程序編程步驟

確定動平臺上下限位置標識;

確定點動模式和運行模式下運行標識;

走箔電機轉動距離設置;

走箔電機轉動速度設置;

雙手操作信息記錄;

走箔電機相關參數設備;

觸摸屏連接程序編寫。

2.PLC程序解釋

第一行語句（N000）：如圖1所示，在動平臺下限位輸入信號X9常閉觸點處于接通狀態時，動平臺的上限位開關輸入信號X8觸點接通或急停回路輸入信號X7常閉觸點接通，都會使動平臺停在上限位信號狀態M170輔助繼電器觸點接通，并形成自保電路（表明此時動平臺已經位于上限位狀態）。當動平臺已經處于最高點時，此信號可用作推動下降通道電磁閥動作前提條件或燙金時間開始計時條件。當動平臺未處于最高點時，此信號可表示停機后，再啟動動平臺的運行狀態，即動平臺按照M170控制的電磁閥狀態向下運動（逆時針或順時針）。

第二行語句（N001）：如圖1所示，在動平臺上限位輸入信號X8常閉觸點處于接通狀態及急停回路輸入信號X7常開觸點接通的條件下，動平臺的下限位開關輸入信號X9觸點如果接通，就會使動平臺停在下限位信號狀態M171輔助繼電器觸點接通，并形成自保電路（表明此時動平臺處于最低位狀態。本行中的急停回路信號可確保動平臺在啟動時只處于一個狀態（即M170所指示的狀態），只有動平臺處于最低位置時，M171才可能接觸，但此時急停回路又處在工作狀態，因而動平臺不可能運動。

所有安全急停信號串聯在一個回路中，不規范操作會觸發安全杠動作，即保證在緊急停機情況下，輔助繼電器M170觸點接通，認為動平臺已經處于最高點（動平臺位置實際上可能不在最高點）。解除急停狀態后（即急停回路輸入信號x7常閉觸點接通），動平臺在M170信號的控制下只能從現有的位置點動下降，從而保證操作人員安全。

第三行語句（N003）：如圖2所示，在動平臺下降狀態輔助繼電器M161常閉觸點接通，且動平臺下限位狀態輔助繼電器M171常開觸點接通，急停回路輸入信號X7常開觸點也接通的前提下，在點動模式（輸入信號X11常開觸點接通）下，點動上升輸入信號X5常開觸點接通，或者在運行模式（運行模式輸入信號X12常開觸點接通）下，動平臺上升啟動狀態M30常開觸點接通（雙手按下按鈕時動平臺上升狀態記錄）的兩種條件下，都可以使動平臺上升狀態自保持（輔助繼電器M160觸點接通），直到動平臺到達上限位或者急停回路動作，動平臺上升自保狀態解除。也就是說動平臺上升信號M160可在點動和運行模式兩種狀態下接通。

第四行語句（N004）：如圖2所示，在動平臺上升狀態輔助繼電器M160常閉觸點接通，且動平臺上限位狀態輔助繼電器M170常開觸點接通，急停回路輸入信號X7常開觸點閉合的前提下，在點動模式（輸入信號X11常開觸點接通）下，點動下降輸入信號X6常開觸點接通，或者在運行模式（運行模式輸入信號X12常開觸點接通）下，動平臺下降啟動狀態M20常開觸點接通（雙手按下按鈕時動平臺下降狀態記錄）的兩種條件下，都可以使動平臺下降狀態自保持（輔助繼電器M161觸點接通），直到動平臺到達下限位或者急停回路動作，動平臺下降自保狀態解除。也就是說動平臺下降上升信號M161可在點動和運行模式兩種狀態下接通。

實際上動平臺上升狀態信號M160和動平臺下降狀態信號M161形成的互鎖控制。同一時刻只能有一個信號接通。

第五行語句（N006）：如圖3所示，將動平臺上升狀態信號M160轉移到輸出端子Y10，然后觸發液壓馬達上行通道的電磁閥。

第六行語句（N007）：如圖3所示，將動平臺下降狀態信號M161轉移到輸出端子Y11，然后觸發液壓馬達下行通道的電磁閥。

第七行語句（N009）：如圖4所示，是3個走箔電機拉紙距離設定（通過觸摸屏操作面板輸入），如圖3乘法功能模塊上Sa為設定長度，Sb為乘數2，D為Sa和Sb相乘計算得到步進電機脈沖數據。后面兩個走箔電機拉紙距離設定同上。從圖4可以看出，在急停回路輸入信號X7常開觸點接通時，可進行這些數據設置。走箔電機1、2、3設定距離值分別對應D20、D22、D24，單位是mm，計算結果脈沖數分別存在D100、D200、D300中，乘數選擇為2（這是根據實際減速比和走箔輥周長計算而得到的，需要與實際設備尺寸匹配）。

第八行語句（N010）： 急停回路輸入信號X7常開觸點接通時，可開始進行走箔電機運行時間D12設置（由觸摸屏操作界面輸入）。如果走箔電機運行時間大于0，則輔助繼電器M13觸點接通。此輔助繼電器是用來防止D12在第9行語句中除數為0，造成計算報錯。

第九行語句（N011）：如圖5所示，當設定運行時間大于0（輔助繼電器M13觸點接通）時，根據運行速度=運行距離/運行時間，來計算走箔電機速度。走箔電機1、2、3設定距離分別存在D100、D200、D300中，速度分別存在D102、D202、D302中。

第十行語句（N012）：如圖6所示，當機器處于運行模式（輸入信號X12常開觸點接通），急停回路輸入信號X7常開觸點接通后，收廢電機輸出信號Y8信號接通（控制收廢電機開始旋轉，當用過的金紙收緊時，硬件離合打開，收廢輥停止轉動，但收廢電機一直轉動）。

第十一行語句（N013）：如圖7所示，當急停回路輸入信號X7常閉觸點接通時，急停回路輸出信號Y12信號燈亮，表示機器處于急停狀態，告知操作人員設備處于報警狀態。

第十二行語句（N014）：如圖7所示，當第一個雙手啟動按鈕按下時（輸入信號X0常開觸點接通），定時功能模塊T101開始0.2秒延時;

第十三行語句（N015）：如圖7所示，當第二個雙手啟動按鈕按下時（輸入信號X1常開觸點接通），定時功能模塊T102開始0.2秒延時;

第十四行語句（N016）：如圖7所示，在急停回路輸入信號X7常開觸點接通，且機器處于運行模式輸入信號X12常開觸點接通，及液壓站已經啟動輸入信號X13常開觸點接通，再加上3個走箔電機已經停止轉動（走箔電機1、2、3運行狀態M500、M503、M506處于常閉狀態），此刻，同時按下兩個雙手啟動按鈕（輸入信號X0和X1常開觸點同時接通），動平臺上升指令信號M30接通（條件是兩個定時功能模塊未達到定時之前，T101和T102都處于常閉狀態時）。此段雙手啟動按鈕程序，可防止誤觸發動作，如果兩個按鈕同時按下時間間隔超過0.2秒，則無法啟動設備工作。

第十五行語句（N019）：當急停回路輸入信號X7常開觸點接通時，開始燙金計時（D10是通過觸摸屏來完成，當輸入數據大于1時或指定的計時時間，M11輔助繼電器接通）。此命令未使用，仍然使用外部定時器來完成燙金時間控制（定時器到定時時間后，觸發輸入信號X10）。

第十六行語句（N020）：如圖8所示，當急停回路輸入信號X7常開觸點接通時，動平臺處于運行模式（輸入信號X12常開觸點接通），及液壓站已啟動（輸入信號X13常開觸點接通），且燙金平臺到達于上限位時（輔助繼電器M170常開觸點接通）的條件下，定時器開始燙金計時（Y9信號輸出，啟動外部燙金定時器）。

第十七行語句（N021）：如圖8所示，燙金完成后（輸入信號X10常開觸點接通），動平臺自動下降輔助繼電器M20接通，動平臺進入向下運動狀態（見第四行語句）。

第十八行語句（N022）：如圖8所示，在動平臺處于運行模式（輸入信號X12常開觸點接通）和走箔電機1工作狀態設定為有效（輔助繼電器M110常開觸點接通-觸摸屏上有效設定），且走箔電機1未完成設定移動距離（輔助繼電器M502常閉觸點接通）條件下，這時動平臺下限位信號狀態M171輔助繼電器觸點一接通，走箔電機1啟動信號輔助繼電器M600就隨即接通，并形成了自保電路。

第十九行語句（N024）：如圖9所示，走箔電機1啟動輔助繼電器M600接通或者走箔電機點動接通（輸入信號X2常開觸點接通），都會發出脈沖，控制走箔電機1運轉。同時會輸出控制狀態走箔電機1運行（輔助繼電器M500接通），走箔電機1報警（輔助繼電器M501接通），走箔電機1完成信號（輔助繼電器M502接通）。當走箔電機1完成設定走箔距離后，功能模塊進入停止工作狀態。

第二十行語句（N024）：如圖9所示，當急停回路輸入信號X7常開觸點接通時，PLC內部輔助繼電器M1992接通，走箔電機1開始進入運轉狀態。

其余兩臺走箔電機，控制方式與走箔電機1一致，在此不再贅述，程序截圖如圖10、11。

3.伺服參數表格設置

在伺服參數表格中添加伺服參數表格S11，如圖12點擊左邊樹狀目錄下面S11，從右邊彈出界面可以看出S11相關參數設備情況，從R120到R143皆為伺服的相關參數存儲地址。內部保存的信息如加減速信息、運動方向等。以此類推，可完成S22和S23等伺服參數修改。

4.伺服參數命令設置

在伺服命令表格中添加伺服命令表格S1，如圖13點擊左邊樹狀目錄下面S1，從右邊彈出界面可以看出S1相關參數設備情況，新增一條信息命令表格，如圖13。

點擊設定按鈕，彈出伺服命令項目界面，可設定伺服電機設置的相關控制參數。依此類推，可完成其他伺服命令設置。

觸摸屏編程

觸摸屏與PLC相關之間關系是通過PLC內部的物理地址相聯系的，也就是當PLC內部的某個物理地址被觸摸屏調用時，觸摸屏就可變為這個物理地址的輸入或輸出界面，從而滿足人機界面的交互要求。

本機選用的觸摸屏為威輪觸摸屏（原機器上所配置的）。其界面如圖15所示，圖中圓形的顯示燈，可以顯示急停、點動、運行、雙手啟動、液壓上限和液壓下限等狀態，方便用戶對設備狀態進行跟蹤檢查。除此之外，圖15中長方形內陷按鈕可用做數據輸入，數據類型由內部設置而定。圖中矩形外凸按鈕是切換按鈕，可以使對應的連接量接通或斷開。除此之外，觸摸屏界面上還可以顯示圖像等其他信息。

點擊圖16中急停右邊的圓形圖標（也可以設計其他形狀，與個人喜好有關），則彈出圖16右邊的界面。如圖16所示，與PLC相關聯的信號X7，即前面PLC指令中反復提到的急停回路輸入信號。其余圓形圖標設置與此相同。這些圓形圖標是位狀態顯示用的，其代表PLC這些輸入或輸出量的狀態。

點擊1#電機距離右邊數值輸入框，則彈出設定界面，在一般屬性中，設定對應數據地址為D20（可根據需要選擇，要在PLC說明書規定的數據地址范圍內），觸發地址設定LB 9000。在數值顯示屬性中，本程序設定D20數值為十進制（還可進行其他屬性設定），且限制：4位整數，最大值為十進制的9999。數值輸入框可在軟件離線狀態下模擬顯示，如圖17所示。點擊方格，則顯示出來一個常用的數字鍵盤界面，可用手觸摸輸入數值。

點擊圖17中的外凸矩形按鈕，則顯示的界面為形狀狀態顯示界面，其上面的物理地址為M110，是用來設置走箔電機的工作狀態用的（既工作或不工作，圖17中用的文字是失效或有效）。M110是PLC的中間輔助繼電器，是通過觸摸屏和PLC的連接線實現信息傳遞的。走箔電機2和走箔電機3的設置和此完全一樣，它們對應的中間輔助繼電器地址是M120和M130。關于這3個PLC內部的中間輔助繼電器在上面PLC程序語言第18句中都有所描述。

上面所列的各語句是本程序的所有語句，且在公司的設備上使用，現經過2個月的測試，各項指標基本滿足要求。本程序編寫時充分考慮了機器的現有狀態，有些語句是特地為本機器編寫的。因此如果讀者有類似的機器，在使用本程序時，一定要注意有些語句可能需要調整。如果讀者因為使用本程序造成其他問題，本文作者不承擔任何法律責任。

作者單位：安川首鋼機器人有限公司 北京印刷學院

責任編輯：李倩 liqian@cprint.cn

勘誤聲明

本刊2020年第3期將《基于環境保護的印刷包裝企業現狀及解決途徑》一文作者錢文武的單位誤刊登為“石家莊市牧工商開發總公司”，應為“安徽新聞出版職業技術學院”。特此更正，并向作者及廣大讀者誠摯致歉。