基于PLC 的工業噴膠系統設計

張高浩 ，林 建

（福建農林大學機電工程學院，福建 福州 350002）

國家目前正在大力發展智能工業，為了能夠更好和傳統制造業進行相互配合，需要將計算機和工業機器進行有效結合，PLC 控制就是其中相對關鍵的內容之一。PLC 的工業噴膠系統是工業噴膠機整個系統的核心，負責控制噴膠機的運行操作。本研究設計一款噴膠系統，用于膠水噴涂，通過自動化的方式代替人工進行工作，以提高流水線生產的效率，降低人工成本。

1 工業噴膠機整體設計

機器主要通過使用西門子的S7-1200PLC 與昆侖通態觸摸屏MCGS 來進行通信，將噴膠機固定在流水線上進行工作。工業噴膠機用于工業生產領域對流水線上的箱子進行噴膠，通過昆侖通態觸摸屏MCGS 來進行參數的設置和工作進度的觀察，通過PLC 來控制噴槍進行噴膠，利用西門子PLC 來控制配合人機交互界面進行工作，能夠更好地來進行工業上的機器生產和使用，這樣人機交互界面可以方便工作人員對機器的控制和操作，讓工業生產操作更加方便。機器整體結構如圖1所示。

圖1 機器整體結構

工業噴膠系統的電路部分主要由外部電源、24 V供電電源、西門子S7-1200PLC、光電傳感器、220 V固態繼電器、電磁閥、觸摸屏、帶燈開關所組成，電路原理如圖2 所示。氣路部分主要是由外部氣壓源、調壓閥、電磁閥、供墨氣泵、自動噴槍以及膠水桶所組成的，氣路原理如圖3 所示。

圖2 電路原理

圖3 氣路原理

2 S7-1200PLC工業噴膠機設計

2.1 PLC工業應用的介紹

PLC 具有體積小、速度快、功能強、價格低的特點，小型化PLC 在工業領域有著不可替代的地位，在工業控制領域得到了廣泛應用[1]。西門子PLC 功能強大，應用廣泛，在開發方面也相對其他PLC 來說有著更穩定的工作方式，被很多工業廠家使用。本研究經過對不同產品的PLC 型號對比后，選用的PLC 型號為西門子S7-1200系列。

2.2 控制系統整體方案的設計

噴膠機元器件使用西門子S7-1200PLC。西門子S7-1200 系列的PLC 作為小型自動化項目的新型控制器[2]，具有過電保護作用[3]，安全性能和使用效率高，可以使用博圖軟件來編寫程序和選擇模塊，方便在電腦上進行相對應的程序設計和改寫，在工業場合的通用性能夠讓設備在調試的過程中便于修改[4]。

噴膠機設計用于在生產線上對箱子進行噴膠，主要的結構和元器件設計如圖4 所示。通過光電感應器給定的信號來給PLC 作為輸入端的工作信號I0.0，當光電傳感器檢測到有箱子經過后，通過預定的時間來決定噴槍工作的開始時間和結束時間，噴槍的噴停通過PLC 的輸出信號Q0.0 來進行控制。隨后通過昆侖通態觸摸屏對參數進行更改，并且可以通過觸摸屏來進行噴膠模式的切換（其中噴膠模式分為連續噴膠和斷續噴膠兩種模式），可以通過對觸摸屏的調節來選擇工作的方式。在噴膠結束后，觸摸屏會將噴膠的箱子數目進行記錄。

圖4 結構設計和元器件設計

噴膠機工作方式：通過光電傳感器來檢測流水線上的箱子，當檢測到有箱子后輸入端信號給到PLC開始執行程序。隨后通過MCGS 昆侖通態觸摸屏來進行初始化設定，通過編寫好的PLC 程序在VIA 博圖軟件上進行導入，將西門子S7-1200PLC 與觸摸屏進行通信后在觸摸屏模塊上進行初始值的設定，從而根據需求來確定噴槍噴膠的時間和模式。機器的主要實物部分分為電路部分和氣路部分兩個部分，需要完成電路圖和氣路圖的設計后對實物進行搭建，實物圖如圖5、圖6所示。

圖5 電路控制部分

圖6 氣路控制部分

3 上位機監控界面設計

3.1 上位機簡要介紹

上位機作為操作員控制生產線上機器的橋梁，對控制起著至關重要的作用，通過相對應的編程可以實現對機器的控制[5]，本研究選用的是MCGS 昆侖通態觸摸屏，用于和西門子的S7-1200PLC 進行網口端通信。

MCGS 和西門子S7-1200PLC 通信的編輯界面如圖7 所示。對于設備編輯窗口需要進行工作參數的設置，主要是用于對采集周期、端口號、波特率、數據的長度、校驗方式等參數進行設置。

圖7 設備通信編輯界面

3.2 上位機功能架結構

MCGS 是為工業過程控制和實時監測領域服務的通用計算機系統軟件，其功能十分齊全完善，操作相對簡單、可視性好、可維護性強[6]。該系統可以用于Microsoft Windows 95/98等大部分操作系統[7]，通過MCGS 軟件進行用戶界面的設計，將需要的用戶界面設定完成后進行導入使用，其中本設計的用戶界面如圖8 所示。

圖8 用戶界面

MCGS 可以幫助用戶通過串口或者以太網來將用戶界面下載到觸摸屏中，從而根據自身的需要標定需要控制的參數[8]，例如時間參數、數量參數、流量參數等。編輯菜單中提供了多種參數的修改方式[9]。

觸摸屏的使用流程按圖9 進行設計。通過需求進行碼垛堆數、時間等參數的設計來進行機器運作。

圖9 觸摸屏使用流程

3.3 PLC程序設置部分

PLC 技術是我國工業自動化領域的產物，在近年來的實際應用中，為我國工業發展提供了極大的便捷與幫助，隨著中國制造業的快速發展，工業自動化需求也在不斷增長，PLC 技術在未來發展空間較大[10]。本研究根據工藝需求進行設計，機器噴涂方式有兩種，第一種噴涂方式為連續噴涂。該部分通過光電傳感器檢測流水線上運行的箱子，然后通過對PLC 和MCGS 昆侖通態觸摸屏進行通信，采用延時觸發方式來延時觸發噴膠，然后再對觸摸屏上的參數進行相對應的時間以及工作方式設置讓機器進行對應程序的工作，連續噴涂部分程序如圖10 所示。第二種噴涂方式為斷續噴涂。可以根據噴涂工藝的需求將噴涂的效果分段噴印，例如三段式噴涂等，斷續噴涂部分程序如圖11所示。

圖10 連續噴涂部分程序

4 結語

綜上所述，通過西門子S7-1200PLC 的控制來實現工業自動化噴膠，噴涂的膠水減少了工業裝配線箱子運輸和堆放的工作量，提高了工作效率。通過人機交互界面可以方便工作人員對機器的控制和操作，從而讓工業生產更加方便操作。該產品的設計能夠為工業產物運輸帶來幫助，使用特定的膠水進行噴膠可以避免箱體在運輸途中脫落而產生不必要的損失。