基于PLC的風(fēng)機葉片主梁玻纖布自動鋪放控制系統(tǒng)

徐長春，鄭楠，王逸塵

（江蘇海洋大學(xué)，江蘇連云港222005）

1 設(shè)計要求

1．1 工作要求

自動鋪放設(shè)備主體主要是自動鋪放小車，鋪放小車可按設(shè)定長度鋪放，根據(jù)不同產(chǎn)品型號調(diào)用鋪層數(shù)據(jù)，且工藝數(shù)據(jù)的調(diào)用和參數(shù)輸入具有密碼保護。小車運行可根據(jù)設(shè)定速度和長度的自動運行，自動運行中可以手動停止換卷后再啟動自動運行，同時具有手動運行功能。在主梁開始鋪設(shè)時，可通過操作人員標(biāo)定一次零點位置，后續(xù)無需標(biāo)定。一層大梁布鋪設(shè)完成后，小車停止，系統(tǒng)自動進入下層鋪設(shè)數(shù)據(jù)，由反向按鍵發(fā)出控制信號使小車反向運行到第二層鋪設(shè)位置，開始鋪設(shè)按鍵發(fā)出開始鋪設(shè)信號時再開始自動運行。小車運行速度可通過觸摸屏設(shè)定且運行過程中速度不可調(diào)節(jié)。鋪放小車按起始點和停止點啟動和停止。

1．2 控制要求

本設(shè)備的控制系統(tǒng)主要由觸摸屏、PLC、伺服控制系統(tǒng)、檢測機構(gòu)和開關(guān)量器件組成，系統(tǒng)控制原理如圖1所示:

圖1 設(shè)備控制原理

上位機采用觸摸屏和嵌入式組態(tài)軟件，可以實現(xiàn)操作人員與設(shè)備的人機交互，同時可以將PLC反饋的狀態(tài)信息直觀顯示出來。下位機PLC是控制系統(tǒng)的核心，向上位機觸摸屏反饋系統(tǒng)狀態(tài)信息，接收上位機、傳感器等各方的信息，經(jīng)運算和邏輯判斷后，向伺服驅(qū)動器發(fā)送控制信號，通過伺服電機的轉(zhuǎn)動帶動鋪放小車的運動，實現(xiàn)主梁玻纖布的自動鋪放。

2 硬件設(shè)計

根據(jù)設(shè)備的功能需求，控制系統(tǒng)硬件主要包含兩大部分:一是作為控制系統(tǒng)的核心，執(zhí)行通信、數(shù)據(jù)采集、邏輯判斷、數(shù)據(jù)反饋等任務(wù)的PLC控制器；二是驅(qū)動運動平臺的電機及其驅(qū)動器。

2．1 電機的選擇

自動鋪放小車作為設(shè)備的運動平臺，只需要一個電機就能實現(xiàn)小車的往復(fù)運動。由于自動鋪放小車的速度控制要求較高，且需要的力矩較大，因此采用伺服電機控制。伺服電機配有伺服驅(qū)動器，采用帶編碼器的半閉環(huán)控制，可以實現(xiàn)很高的位置和速度精度。伺服驅(qū)動器工作在位置模式下，PLC向驅(qū)動器發(fā)送方向信號和脈沖信號，來控制電機的正反轉(zhuǎn)和電機的轉(zhuǎn)速，以此來實現(xiàn)鋪放小車的往復(fù)運動和速度調(diào)節(jié)。

2．2 PLC 的選型及 I／O 口分配

根據(jù)控制功能的需求，輸入輸出點的個數(shù)以及分配都需要明確，在本設(shè)計中，由于應(yīng)用了觸摸屏，故需要15點開關(guān)量輸入，11點開關(guān)量輸出。因此選擇了三菱FX3U－32MR型號的PLC［5］。此PLC性能較好，能很好地滿足控制要求。PLC具體的輸入輸出接線如圖2所示。

圖2 I／O接線圖

3 程序設(shè)計

設(shè)備的程序設(shè)計可以分為兩個部分，一是PLC中的設(shè)備控制程序設(shè)計，二是上位機觸摸屏中的人機界面設(shè)計。

3．1 設(shè)備控制程序

設(shè)備控制程序運行在PLC中，控制著伺服電機和傳感器，對外部提供通信接口和控制指令，實現(xiàn)鋪放小車的自動鋪放。

控制程序主流程如圖3所示，系統(tǒng)上電后，程序首先初始化及系統(tǒng)自檢，若系統(tǒng)自檢正常則鋪布系統(tǒng)正常啟動，若系統(tǒng)自檢不正常則系統(tǒng)報警并執(zhí)行停機操作。鋪布系統(tǒng)啟動后，選擇手動或自動模式，當(dāng)操作人員需要對自動鋪布系統(tǒng)進行測試時，可以選擇手動模式來進行伺服點動調(diào)試。如果未選擇手動模式，系統(tǒng)會默認(rèn)選擇自動模式，PLC將讀取觸摸屏上寫入好的參數(shù)信號，通過RS－485與伺服電機進行通訊，同時伺服驅(qū)動器在定位過程中會實時讀取編碼器測量的位置信號，PLC再通過高速計數(shù)模塊進行計數(shù)，得到位置控制信號，實現(xiàn)鋪布小車的精確運動。鋪布小車進入正常工作模式后，PLC內(nèi)部計數(shù)器會自動計算鋪布層數(shù)，當(dāng)鋪布層數(shù)達到人機界面設(shè)定的指定層數(shù)后，鋪布系統(tǒng)會自動停機，即整個鋪布工序結(jié)束。如果系統(tǒng)某個部分在工作模式下發(fā)生故障，系統(tǒng)會自動緊急停機，這樣可以避免安全事故的發(fā)生。

圖3 控制系統(tǒng)流程圖

3．2 人機界面設(shè)計

控制軟件運行在上位機上，本設(shè)備上位機選用的是MT8070IE型號觸摸屏，使用EasyBuilder Pro編程軟件進行編程，設(shè)計操作人員與設(shè)備之間的人機交互界面。根據(jù)控制程序提供的指令，設(shè)定五個主要界面，分別是工作模式、手動模式、工藝參數(shù)設(shè)置、系統(tǒng)參數(shù)配置和歷史參數(shù)查詢。

人機交互界面如圖4所示，當(dāng)前處于工作模式，操作界面左側(cè)區(qū)域是主界面跳轉(zhuǎn)區(qū)，可以實現(xiàn)五個界面的切換，中間部分是工作模式狀態(tài)顯示區(qū)，當(dāng)設(shè)備處于工作模式時，各指示燈狀態(tài)由PLC輸出信號控制，操作人員可以通過指示燈的狀態(tài)觀察設(shè)備狀態(tài)，右側(cè)區(qū)域是設(shè)備的操作區(qū)，可以控制玻纖布自動鋪放小車的啟動、停止、復(fù)位、前進以及后退。

4 結(jié)束語

本文介紹了一種基于PLC控制的葉片主梁玻纖布自動鋪放設(shè)備，利用PLC、觸摸屏和伺服控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了葉片主梁玻纖布的自動鋪放。該設(shè)備已成功應(yīng)用，相比傳統(tǒng)人工鋪放，極大地改善了葉片制造工藝，提高了風(fēng)機葉片的加工質(zhì)量。