基于PLC的板材冷壓線控制系統(tǒng)設計

唐江峰，趙立宏，簡永芳

(1.南華大學機械工程學院,湖南衡陽421001；2.廣東友力智能科技有限公司，廣東佛山528000)

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基于PLC的板材冷壓線控制系統(tǒng)設計

唐江峰1，趙立宏1，簡永芳2

(1.南華大學機械工程學院,湖南衡陽421001；2.廣東友力智能科技有限公司，廣東佛山528000)

摘要：根據(jù)冷壓機的工作特點和工廠的實際生產(chǎn)需求，設計了一套板材冷壓線控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用PLC作為控制器，觸摸屏為人機界面，實現(xiàn)了將板材從輸送線送入冷壓機，并控制冷壓機工作，冷壓完成后輸送至液壓升降臺的自動化過程。該生產(chǎn)線的應用，有效的縮短了冷壓機上下料的時間，提高了生產(chǎn)效率和工廠生產(chǎn)的自動化水平。

關鍵詞:PLC冷壓機自動化控制系統(tǒng)

隨著人們對家居環(huán)境要求的提高，木工家具行業(yè)得到了飛速發(fā)展，而傳統(tǒng)的人力生產(chǎn)線已經(jīng)制約了家具行業(yè)的前進的步伐。因此，許多家具生產(chǎn)廠家都迫切希望實現(xiàn)生產(chǎn)的自動化，以減輕工人的勞動強度，改善勞動條件，降低生產(chǎn)成本，縮短生產(chǎn)周期，提高勞動生產(chǎn)率，穩(wěn)定和提高產(chǎn)品質量，保證生產(chǎn)均衡性，從而獲得更為顯著的經(jīng)濟效益。普通家居廠一般都配有板材冷壓機，用于壓合膠合板，多層板和實木門等各種板材以及家具的整平和定型。經(jīng)過冷壓機處理后，可使板材間粘合更加牢固，壓力強勁，不回力。廠家會根據(jù)生產(chǎn)需求和生產(chǎn)能力的不同，配備不同數(shù)量的冷壓機。通常情況下，是將多塊板材堆疊在一起用冷壓機同時壓實。一堆板材的重量有幾百千克到幾噸不等，如果用人工搬運上料，既費力，效率也低，而且存在安全隱患。因此，實現(xiàn)板材冷壓生產(chǎn)的自動化是很多家具生產(chǎn)廠家的迫切需求。

現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程是復雜多樣的，它們對控制的要求也各不相同。PLC以微處理器為核心，具有抗干擾能力強、可靠性高、通用性好、編程方便、易于使用等優(yōu)點，在工業(yè)控制領域得到廣泛的應用[1]。木工家具生產(chǎn)現(xiàn)場都是處在多灰塵，高噪聲以及其它各種干擾的惡劣環(huán)境中。本文根據(jù)控制要求，設計了一套控制系統(tǒng)，以PLC為執(zhí)行控制器，控制板材上下料設備和冷壓設備的動作，實現(xiàn)了板材冷壓加工的自動化。

1系統(tǒng)總體設計

工廠生產(chǎn)要求是：板材自動送入冷壓機進行冷壓處理，待冷壓時間到后再自動出料，然后送入液壓升降臺。設計的系統(tǒng)總體方案如圖1所示，主要由動力滾筒輸送線、電氣控制柜、鏈板輸送機、冷壓機、液壓升降臺五部分組成[4]，其中有4臺冷壓機分別編為1、2、3、4號。冷壓處理的主要工作流程為：板材經(jīng)自動涂膠機涂好膠后放入動力滾筒輸送線左端堆疊整齊，啟動輸送線；當板材運送至鏈板輸送機處時，輸送線停止，鏈板頂升并啟動橫向輸送，將板材送入冷壓機；板材到位后，鏈板下降，冷壓機壓板下行，觸碰到板材后加壓保壓；待保壓時間到，壓板上行；壓板上升到位后，鏈板再次頂升并啟動橫向輸送，將壓好的板材送回輸送線；最后經(jīng)輸送線運送至液壓升降臺。根據(jù)板材類型和所需壓力的大小的不同，可同時選用不同冷壓機。

1.動力輸送線；2.電氣控制柜；3.鏈板輸送機；4.冷壓機；5.液壓升降臺。圖1　冷壓線總體方案圖

2控制系統(tǒng)硬件設計

根據(jù)控制要求，結合工業(yè)現(xiàn)場實際綜合考慮，選用西門子公司的SIMATIC S7-200 SMART CPU SR60 PLC作為控制器。SIMATIC S7-200 SMART 是西門子公司經(jīng)過大量市場調研，為中國客戶量身定制的一款高性價比小型PLC產(chǎn)品。CPU SR60 采用AC220V作為電源，具有36點DC輸入，24點繼電器輸出，而且本身集成有1個以太網(wǎng)通信口和1個RS485接口[2]。HMI設備選用威綸通公司的MT8100I觸摸屏(帶以太網(wǎng)接口)，該觸摸屏有較強的界面繪制功能，并且能很好的與所選PLC兼容。本設計采用3臺 SR60 PLC通過工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)PLC與PLC，PLC與觸摸屏之間的通信。由于每臺PLC只有1個以太網(wǎng)通信接口，因此，需要1臺交換機來實現(xiàn)組網(wǎng)和通信，這里選用CSM1277以太網(wǎng)交換機。控制系統(tǒng)硬件網(wǎng)絡圖如圖2所示。

圖2　控制系統(tǒng)硬件網(wǎng)絡圖

PLC作為控制器，是整個控制系統(tǒng)的核心，其主要用于完成信號的采集和處理，控制動力輸送線和鏈板輸送機的動作以及冷壓機和液壓升降臺的運行。在該控制系統(tǒng)中1號PLC作為主站，2、3號PLC作為從站。通過Get/Put指令向導將2號PLC的VB0-VB32這33個字節(jié)映射到1號PLC的VB0-VB32，將1號PLC 的VB33-VB65這33個字節(jié)映射到2號PLC的VB33-VB65；同理，將3號PLC的VB0-VB32這33個字節(jié)映射到1號PLC的VB70-VB102，將1號PLC的VB103-VB135這33個字節(jié)映射到3號PLC的VB33-VB65，以此來建立PLC與PLC之間的通信關系。將1號PLC的輸入輸出點分別映射到2、3號PLC，把主要程序都寫入1號PLC，將其作為主控制器。2、3號PLC的輸入輸出點同時映射到1號PLC，這樣2、3號PLC只作為輸入信號采集和輸出信號執(zhí)行之用。2號PLC采集1、2號兩臺冷壓機信號，并控制其相關動作；3號PLC采集3、4號兩臺冷壓機信號，并控制其相關動作。其中2號PLC的I/O分配如表1所示。3號PLC的I/O分配與2號PLC類似，兩者的功能是完全等效的。

觸摸屏作為人機交互設備，主要完成系統(tǒng)參數(shù)設置，狀態(tài)顯示，調試控制等功能[3]。考慮到通信的即時性和協(xié)調性，將MT8100I的以太網(wǎng)接口與交換機相連，使其與1號PLC通過以太網(wǎng)建立通信，通過觸摸屏向1號PLC發(fā)送控制指令，并將PLC反饋回來的信息實時顯示。

3控制系統(tǒng)軟件設計

控制系統(tǒng)軟件設計主要由觸摸屏界面設計和PLC程序設計兩部分組成。

觸摸屏界面是由狀態(tài)顯示欄、控制按鈕、界面切換按鈕等組成[3]。該控制系統(tǒng)主要有開機界面、自動模式、手動模式、參數(shù)設定、歷史報警、I/O監(jiān)控6個界面。圖3為開機主界面，消息隊列欄顯示機臺工作狀態(tài)、報警和故障等信息。圖中最下方的是5個界面切換按鈕，用于切換到其它界面，完成系統(tǒng)參數(shù)設置，系統(tǒng)調試等各項功能。圖4為自動模式界面，選擇不同機臺時，必須設置相應的冷壓處理時間，各機臺能同時協(xié)同工作。

表1　1號PLC輸入輸出點分配表

圖3　開機界面

圖4　自動模式界面

圖5　自動運行流程圖

PLC的主要控制程序寫在1號PLC中，以方便程序的修改和調試。該程序分為手動和自動兩部分，主程序控制滾筒輸送線的動作，將手動程序和自動程序作為子程序，從而使程序結構清晰，可讀性好。手動程序一般只在程序調式或機械設備維修時使用，正常情況下都在自動程序下運行。系統(tǒng)自動運行流程如圖5所示。自動模式下，四臺冷壓機必需相對獨立的正常工作，自動控制程序采用SFC的方式來編寫，以避免四臺冷壓機同時工作時發(fā)生相互干擾和沖突。同時，自動運行程序里設置了各動作和各機臺之間的互鎖，以保證系統(tǒng)的正常運行。根據(jù)板材類型和數(shù)量的不同，冷壓機一次壓板的時間是2 h-5 h。為使板材粘結牢固，在壓板的過程中必須保證壓力的穩(wěn)定。因此，保壓是非常關鍵的一步。冷壓機的各項動作是液壓控制的，在保壓過程中，有兩種原因會使液壓系統(tǒng)壓力降低：1)液壓缸由于加工精度不夠或密封圈的磨損等原因使液壓油泄漏；2)在壓板過程中，由于板材間隙的變化，整疊板材的高度會有所減少。要實現(xiàn)壓力的穩(wěn)定，最簡單的方法是通過軟件編程來實現(xiàn)。每臺冷壓機都有一個壓力表和壓力傳感器。當檢測到壓力小于一定值時，系統(tǒng)就自動重新啟動液壓閥和油泵加壓，以保證壓力的穩(wěn)定。

Design of control system of board cold press line based on PLC

TANG Jiangfeng, ZHAO Lihong, JIAN Yongfang

Abstract:According to the operating feature of cold press machine and the actual production requirements of the factory, we design a control system of board cold press line. This system adopts PLC as the controller and touch screen for human machine interface. It realizes the automation control process through which the board is put into the cold press machine from transportation line, the cold press machine's operation is under automatic control, and then the board is sent to the hydraulic lifting platform after the cold pressing finished. With the application of this production line, we can effectively reduce the time of feeding and blanking for cold press machine, improve the efficiency and the automation level of factory production.

Keywords:PLC; cold press machine; automation; control system

中圖分類號：TP273

文獻標識碼：B

文章編號：1002-6886(2016)01-0049-04