基于三菱PLC與威綸觸摸屏的全自動砌塊成型機的升級優化

摘要：利用三菱PLC與威綸觸摸屏，對某企業的步磚生產設備全自動砌塊成型機進行了升級改造，更新了PLC控制器并還原原有工序，根據企業實際生產需求，進一步開發了新功能，改進了人機界面，使設備的控制系統應用更加靈活，人機交互更加友好，大大提高了企業的生產效率。

關鍵詞：全自動砌塊成型機;三菱PLC;威綸觸摸屏;程序設計

0 引言

本文項目是對某企業的核心設備全自動砌塊成型機進行改造升級，筆者通過對該設備的實地考察研究，最終確定了如下改造升級方案：首先，更新PLC，把原來極易出錯的PLC控制器更換成質量較好的三菱PLC，并對原有工序進行還原。然后，更新人機界面，把原有的鍵盤式操作的黑白顯示器更換為7寸威綸觸摸屏，使人機交互更加友好。最后，在原有工序基礎上，根據企業實際生產需要，開發新功能，一方面使系統操作更加簡便，另一方面大大提高企業生產效率。

1 設備簡介

某構件廠是一家專門生產步磚的企業，曾與當地市政建設公司保持長期合作關系。該企業其中一臺大型設備是由某磚機設備有限公司生產的全自動砌塊成型機，該設備主要用于完成對步磚的生產、加工、壓制成型、入庫等一系列工序。

該全自動砌塊成型機制作精良，適合生產高強度砌塊，配套不同模具可生產出各種規格、形狀的砌塊，成型周期短，生產效率高，采用電、液一體化結合技術，程序互鎖，安全可靠，成型產品穩定性高，廢品率低。與國外同類設備相比，在產品質量、生產能力、自動化程度相當的情況下，該設備價格不及國外同類設備的1/10，是企業理想的制磚設備。

2 設備存在的問題

該全自動砌塊成型機長期運行于灰塵較多的環境下，長時間高負荷運行，有時甚至24 h不停機連續運行，出現了以下幾個問題亟待解決：

2.1? ? 原有PLC運行穩定性不佳

該設備由1臺PLC控制整個加工環節的機械部件動作。原有PLC價格便宜，常用于一般小系統的控制，編程簡單，存在一些顯著缺點，如運行較為不穩定，抗干擾能力差，特別是運行于較惡劣的環境中，其運行穩定性受到較大影響。在1年時間內，該PLC已出現2次故障。每次出現故障后，整臺設備不能正常運行，步磚生產處于半癱瘓狀態，嚴重影響企業生產效率。

2.2? ? 設備生產廠家的設備維護工作較為滯后

該設備的PLC出現問題后，構件廠沒有相應技術人員可解決相關問題，故需聯系設備生產廠家相關技術人員到現場進行維護。從設備生產廠家開始著手安排技術人員，到相關技術人員到達企業現場，這一過程往往需要幾天甚至十幾天的時間。在設備維護時間上存在相當嚴重的滯后性，嚴重影響了企業的正常生產。

2.3? ? 設備維護成本較高

由設備廠家指派相關技術人員到現場維護設備，企業就必須承擔該技術人員的一切出行費用、維護費用等，這也從某種程度上增加了企業生產成本。

3 解決方案

該企業針對全自動砌塊成型機出現的以上問題，積極尋求解決方案。

3.1? ? 在企業所在地積極尋求相關技術人才

該企業一名負責人聯系筆者，筆者隨該名負責人到企業現場認真分析了該設備所需完成的一系列工序及出現的問題。

3.2? ? 更換穩定性較好的PLC對設備系統進行控制

原有PLC穩定性不佳，此次設備出現的主要問題是原設備自帶的PLC再次出現故障，無法輸出控制信號，導致整臺設備癱瘓。經過協商決定，筆者把設備原來自帶的PLC更換為穩定性較好的三菱PLC。

4 系統設計與設備調試

4.1? ? 三菱PLC選型

該全自動砌塊成型機由于更換了PLC，需重新設計程序，還原該設備原有的正常工序。此外，該設備在運行過程中，發現了幾個功能缺陷，對此，筆者根據企業實際生產需求，提出了幾個優化功能，在設計程序時一并進行功能改造，這是本次系統設計的亮點。

首先，分析該設備的輸入輸出信號，得出PLC的I/O分配情況，其中PLC輸入信號包括：（1）傳感器信號，如表1所示。（2）總控信號，如表2所示。（3）手動控制信號（自復位按鍵），如表3所示。

PLC輸出信號如表4所示。

其次，根據系統設計要求及I/O分配情況，確定三菱PLC的具體型號。

PLC平均的I/O點的價格相對還是較高的，因此應該合理選用PLC的I/O點數量，在滿足控制要求的前提下，盡量減少使用的I/O點數，但必須留有一定裕量。通常I/O點數根據被控對象的輸入、輸出信號的實際需要，在此基礎上再加10%～15%的裕量來確定。

根據PLC的I/O分配情況可知，輸入信號共占23個點，輸出信號共占13個點，再加上約15%的裕量，綜合考慮，本次系統設計選用三菱FX2N-48MR型號的PLC，其有24個輸入點、24個輸出點，完全滿足本次設計需求。

三菱FX2N-48MR PLC具有以下優點：可靠性高，抗干擾能力強，編程簡單，使用方便，功能完善，通用性強，設計安裝簡單，維護方便，體積小，質量輕，能耗低。

4.2? ? 工藝、功能分析

砌磚生產線工藝主要包括配料系統、攪拌振動系統、布料系統、成型系統、脫模系統、出坯系統、液壓系統、電氣控制系統等。

（1）配料系統。砌磚生產通過皮帶輸送系統實現供料，經預混后的物料將直接進入攪拌機進行攪拌。

（2）攪拌振動系統。物料先后進入攪拌機倉體后，將被再次強制混合攪拌，直至攪拌出合格的物料，再通過輸送系統送入成型機儲料系統備用。

（3）布料系統。儲存在成型機儲料斗中的物料通過設定，物料自動進入基料布料箱體中，并在由電動馬達驅動的強制旋轉式耙齒的離心加速作用下，強制、快速、順暢地進入狹窄的模箱中，為生產高強度免燒磚制品提供充足物料。

（4）成型系統。成型系統是整條免燒磚生產線的核心部位，特制的振動系統及柔性控制系統是該系統的重要組成部分。

（5）脫模系統。優良的液壓調速系統和相關的液壓平衡與鎖止回路系統，保證了液壓執行元件起止無沖擊、運行平穩，確保脫模過程平穩順暢，解決了普通砌塊成型機脫模時，易對新鮮坯體造成外觀損壞的問題。

（6）出坯系統。成型脫模后的坯體，經過電動減速機驅動鏈條，由鏈條帶動托板把成型后的坯體依次送出，再由人工裝箱。

（7）液壓系統。液壓系統主要由液壓站上的控制功能閥體、供油/回油系統、油路冷卻系統等構成。各控制功能閥體結構緊湊、連接方便，液壓站與執行元件通過軟管連接，保證執行元件起止無沖擊、平穩運行。

（8）電氣控制系統。電氣控制系統由中央控制系統、控制開關以及分散在生產線各部位的傳感器和執行元件等共同組成。中央控制系統是整條生產線的神經中樞，是各種指令信號、信息數據的發出和處理終端。

4.3? ? PLC程序設計

整個系統分為自動運行和手動運行兩種工作模式，在手動運行模式下，可完成以下控制功能：（1）送板。在?？蛏轿?，未有預送板時，可進行送板動作，同時復位預送板信號。（2）預送板。預送板到位時，發出信號，暫時不可送板。（3）?？蛏仙⒛？蛳陆怠⒌琢虾笸?、壓頭上升，均帶限位保護。另外，除實體可控按鍵外，還各自帶觸摸屏按鈕，用于點動控制。（4）底料前進。在壓頭升到位的條件下可執行該操作，帶限位保護，帶觸摸屏按鈕。（5）壓頭下降。在面料退到位、底料退到位的條件下可執行該操作，帶限位保護。（6）面料前進。在壓頭升到位的條件下可執行該操作，帶限位保護。（7）面料后退。帶限位保護。（8）振動、耙料。點動控制相應功能電機。

系統在自動運行模式下，根據企業要求，新增了設備出廠時2個不具有的功能，也是本次系統升級改造的2個亮點。

亮點1：由原來的不可選單一送料模式升級為可選的兩種送料模式，使企業生產的產品在原料上更加多樣化。在觸摸屏上實現送料模式切換，節省了元器件成本。

亮點2：增加生產產品自動計數顯示功能，并配套復位按鍵，均由觸摸屏實現顯示功能和復位功能，免去以前由人工清點產品數量的麻煩。

系統自動運行模式的工序流程圖如圖1所示。

本系統設備各部件均采用液壓驅動，且自重較重，需用專用液壓電磁閥進行專門加壓，進油和回油均備有加壓程序。此外，圖1中的亮點2實現了自動計算成品數量的功能，在觸摸屏上配套了一個復位按鍵，當重新生產新訂單時，可重新對產品進行計數。

4.4? ? 觸摸屏界面設計

本系統選用威綸TK6070iP型7寸觸摸屏，代替原有的按鍵式操作的黑白顯示器，使人機交互更加友好，操作更加方便，功能更加強大，這也是此次系統改造的另一亮點。

5 結語

該全自動砌塊成型機經過多次調試，系統最終順利應用于工業現場，不僅在還原原有工序的基礎上更新了PLC控制器，把原來較為落后的鍵盤式黑白顯示器升級為人機交互友好的彩色觸摸屏，而且在原有工序基礎上，按照企業生產要求和實際情況，增添了幾項新的功能，大大提高了企業生產效率，為企業創造了收益，很好地把創造力轉化為了生產力。

收稿日期：2020-07-31

作者簡介：李斯婷（1986—），女，廣東梅州人，講師，研究方向：電氣工程。