基于PLC的平面口罩外耳帶機控制系統設計

摘?要：本文針對傳統口罩生產效率低、質量不穩定等問題，采用了一種基于PLC的平面口罩機控制系統的設計方案。采用信捷PLC和觸摸屏作為系統控制器和人機控制界面，可實時控制和顯示各環節的工作狀態，完成手動與自動模式之間的快速切換，同時采用伺服電機實現對口罩的精確移動和定位，利用耳帶發熱絲快速高效完成耳帶的剪斷。通過多次調試優化，實現對口罩生產速度的極大提升，同時可以極大地減少人員投入，降低生產成本。

關鍵詞：口罩機;外耳帶;PLC;人機界面

Abstract：Aiming at the problems of low production efficiency and unstable quality of traditional masks，this paper adopted a design scheme of planar mask machine control system based on PLC.Used Xinjie PLC and touch screen as the system controller and man-machine control interface，the working state of each link can be controlled and displayed in real time，and the rapid switching between manual and automatic modes can be completed.At the same time，the servo motor is used to realize the accurate movement and positioning of the mask，and the ear belt heating wire is used to complete the ear belt cutting quickly and efficiently.Through multiple debugging and optimization，the mask production speed is greatly improved，and the personnel input can be greatly reduced and the production cost can be reduced.

Keywords：mask machine;external ear band;PLC;human-machine interface

1 緒論

近年來，隨著空氣污染日益嚴重，越來越多的人受到影響。醫用口罩用于保護鼻腔、口腔和呼吸道，防止傳染性疾病，是常用的醫療衛生預防用品，口罩需求量激增[1]。2019年國內口罩產量超過50億只。其中，可用于病毒防護的醫用口罩占比高達54%，2020全年我國口罩產值突破60億只[2]。

口罩生產企業急需一種高效、安全、控制簡單的口罩生產控制系統，加速生產滿足市場需求。生產口罩的控制系統可以由PLC來控制[3]，因而研究PLC相當重要。本文主要從平面口罩機的控制系統功能設計方面進行研究，分析信捷可編程控制器的口罩機外耳帶控制系統構成，確定控制方案，完成基于PLC控制的硬件設計與選型，軟件開發與調試[4-5]。

2 平面口罩外耳帶機控制結構

2.1 控制系統結構

外耳帶控制系統結構包括伺服輸送帶、耳帶上料機構、耳帶熔接機構、耳帶剪切機構、耳帶折疊機構、口罩碼垛機構、成品下料輸送帶組成，如圖1所示。

控制設計要求工藝參數要求如下表所示。

控制系統應選用基于PLC的全自動控制系統。PLC選擇信捷XD3-60RT-E型號，滿足IO點數和高速脈沖的輸出需求;模擬量輸入輸出模塊用于焊接溫度監測和控制，選擇XD-E16YT;伺服電機用于對口罩主體進行傳送的驅動，負載較小，驅動器選擇匯川ISMH1-75B30CB-U231Z，適配驅動器DS2-2OP7-AS;觸摸屏采用信捷TH465-MT/UT。溫度變送器選用上海榮華儀表廠生產的型號為RHSBWZ-230一體化溫度變送器，探頭長度為70，精度為0.1℃控制系統框圖如圖2所示。

2.2 控制系統控制電氣設計

在生產過程中，熔接時間因熔接材料和周圍環境而異，熔接時間按需要可調，在電氣設計時增加了兩個時間繼電器，需要熔接時，繼電器線圈得后傳送帶電機電，常開觸點吸合，開始熔接，達到設定時間，時間繼電器常開觸點斷開，熔接結束。

在生產過程中還需要將一定數量的成品口罩疊成一摞。在電氣設計中，使用一個計數器，記錄一摞中口罩的數量。當口罩的數量達到設定值時，給PLC發信號，PLC控制后傳送帶旋轉一定角度，將口罩移開。計數器清零，重新計數。同時增加一個總計數器，記錄生產口罩的總數量。主要電氣線路如圖3所示。

3 平面口罩外耳帶機控制程序設計

3.1 外耳帶機整體控制流程

外耳帶機控制流程：口罩主體從上一道分片工序輸送到入料處，跟隨伺服輸送線前進;經過耳帶熔接機構，將耳帶熔接在口罩主體上;經過耳帶折疊機構，將耳帶向內折疊;完成的口罩進入碼垛機構，然后每碼垛10個，放到下料輸送帶，再由人工取走。控制程序如圖4所示。

3.2 耳帶熔接程序設計

耳帶熔接機構工作流程：輸送線將口罩主體輸送到口罩停止位;耳帶處理機構，將耳帶放置在口罩兩端;壓緊機構下壓;超聲波熔接機工作，將耳帶熔接在口罩上。控制程序如圖5所示。

3.3 耳帶折疊程序設計

口罩載具輸送口罩，經過耳帶導流板時，將耳帶折起90°（口罩下壓輪的作用是防止在導流時，口罩被帶起來）;到達位置后，下壓氣缸往下，壓住口罩，然后耳帶翻折氣缸把耳帶向前推到口罩上，退回;熔接導柱下壓，壓住耳帶和口罩主體的接觸點，然后加熱。控制程序如圖6所示。

3.4 耳帶碼垛計數程序設計

載具輸送口罩到皮帶線上，輸送皮帶線將口罩帶到落料處;上方傳感器有計數功能，每累計10個，下壓氣缸往下，將10個口罩壓到下料輸送帶上，最后由人工將口罩取走。控制程序如圖7所示。

4 平面口罩外耳帶機人機界面設計

本監控系統的監控界面完成對耳帶機的數據記錄、邏輯畫面、參數設置、報警記錄等一列顯示功能。

自動操作界面主要用來完成當前任務預期產量設定，當前完成產量、效率的顯示，當遇到設備常規故障時進行復位操作，遇到緊急故障時緊急停止操作，以及設備故障信息的記錄與顯示，如圖8（a）所示。手動操作設置界面可以完成所有氣缸和電機的單獨控制，如圖8（b）所示。參數設置頁面可以設置耳帶機控制系統所有相關參數，包括超聲預焊時間、來料感應時間、超聲焊接時間、熱壓壓料時間等，以及伺服電機相關參數，如圖8（c）所示。

5 總結

本文進行了控制系統和程序設計，完成了輸送線、耳帶焊接、耳帶折疊、口罩碼垛計數的程序編寫，并根據具體功能要求，實現了基于觸摸屏的人機界面開發。完成平面口罩外耳帶機的控制系統調試與優化，完成了輸送線的伺服控制單元的調試和參數優化，以及氣動回路的優化，通過調試優化有效提高了系統穩定性和可靠性，保證了口罩生產質量。

參考文獻：

[1]郭蘭芳，吳麗紅，曾鳳，熊高強.基于PLC的平面口罩生產線控制系統設計[J].工業儀表與自動化裝置，2021（04）：64-66+71.

[2]智研咨詢集團.2020-2026年中國醫用口罩行業市場運行態勢及未來發展前景報告.中國產業信息網，2020.

[3]許冠.一種新型平面口罩全自動化生產線的設計與實現[J].機電工程技術，2021，50（08）：66-69.

[4]賴厚安.全自動折疊型口罩機關鍵部件的分析與設計[J].包裝與食品機械，2021，39（01）：72-74.

[5]王麗莉，宋彬.全自動平面口罩機控制系統的設計[J].裝備制造技術，2020（11）：128-131.

基金項目：沙洲職業工學院青年教師科研基金項目（SGJJ2021A02）

作者簡介：阮殿旭（1983—?），男，漢族，江蘇興化人，博士，講師，教研室主任，研究方向：工業自動化及智能控制。