一種室內(nèi)分體式自動鋪磚機的控制系統(tǒng)設計

花勇 趙剛

（江蘇食品藥品職業(yè)技術學院，江蘇淮安 223003）

一種室內(nèi)分體式自動鋪磚機的控制系統(tǒng)設計

花勇 趙剛

（江蘇食品藥品職業(yè)技術學院，江蘇淮安 223003）

鋪貼瓷磚作為室內(nèi)裝潢的一道重要工序，傳統(tǒng)手工鋪磚存在著效率低、一致性差等缺點。基于此，設計分體式自動鋪磚機的控制系統(tǒng)及其組態(tài)畫面，借助PLC、傳感器和伺服電機控制其供料、水平、垂直方向的位移和瓷磚鋪貼過程，實現(xiàn)精確、高效、連續(xù)化的鋪磚作業(yè)，具有效率高、成本低、一致性好等優(yōu)點。

自動鋪磚機；PLC；控制系統(tǒng)

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，房地產(chǎn)市場的火爆，室內(nèi)裝修隨之蓬勃發(fā)展起來，鋪貼瓷磚作為室內(nèi)裝修的一道重要工序，越來越受到人們的重視。目前，室內(nèi)裝修鋪貼瓷磚主要還是以人工為主，但由于鋪磚勞動強度大，對工人技術水平要求較高，傳統(tǒng)的手工貼磚存在空鼓率高、水平定位不準、垂直平整度誤差大、刷漿慢等諸多問題［1］。本文針對傳統(tǒng)人工鋪設的缺點設計一種新型的室內(nèi)分體式自動鋪磚機，一種集運磚、刷漿、鋪磚、壓磚等多道工序于一體的自動化鋪磚解決方案。此鋪磚機由立體運磚機構、刷漿機構、定位機構，鋪設機構和壓實平整機構等部件組成。該方案利用光電傳感器、壓力傳感器、伺服電機、S7-200PLC和MCGS觸摸屏組建成鋪磚機的控制系統(tǒng)，設計出具有可靠機械傳動和電氣控制，實現(xiàn)精確、高效、連續(xù)化鋪磚作業(yè)的自動控制系統(tǒng)。

1 分體式自動鋪磚機結構設計

室內(nèi)分體式自動鋪磚機由瓷磚自動上料機構和瓷磚鋪貼機構兩部分組成（見圖1）。上料機構由漏斗、瓷磚提升機構、瓷磚輸送機構、砂漿抹平機構和四導柱頂升氣缸等機械結構組成。磁性開關與伺服電機的配合可實現(xiàn)自動鋪磚機的精確定位。瓷磚鋪貼機構由旋轉軸盤式輸出減速機、真空吸盤和直線氣缸等部件構成，其中真空吸盤和直線氣缸的位置可以沿著輻條的方向調(diào)整，以滿足鋪貼不同尺寸瓷磚的需要。瓷磚的Z周旋轉角度可通過伺服旋轉軸盤式輸出減速機調(diào)整，使瓷磚和地面十字線對齊并保證瓷磚之間的間隙一致。直線氣缸的頭部安裝半球形的橡膠錘，可在氣缸的作用下均勻地分次壓實瓷磚，防止鋪貼瓷磚時壓壞瓷磚。

2 分體式自動鋪磚機控制系統(tǒng)設計

自動鋪磚機的控制系統(tǒng)由1臺S7-226PLC、光電傳感器、壓力傳感器、接近開關、金屬傳感器、伺服電機和MCGS昆侖通態(tài)TPC7062KX型人機界面等組成鋪磚機的控制系統(tǒng)。在料斗的上下兩側安裝光電傳感器用于檢測料斗中砂漿含量；四導柱頂升氣缸和壓緊氣缸上的壓力傳感器用以反饋擠壓砂漿時的壓力值；在瓷磚鋪貼機構兩端分別安裝2個接近開關以實現(xiàn)上料底座在傳送組件帶動下完成精確定位；安裝在瓷磚鋪貼機構的金屬傳感器可用于檢測X、Y、Z三軸伺服電機是否在原點位置。最后根據(jù)控制上料機構的自動上料、抹灰成型的運動位置控制以及瓷磚鋪貼機構鋪磚移動的軌跡編寫相應的PLC程序，控制X、Y、Z軸伺服電機的移動方向，使鋪貼的瓷磚前后左右對齊。瓷磚的壓實通過4個相距90°對稱布置的壓緊氣缸分3次壓實瓷磚，最終使瓷磚在水平面上完成瓷磚的壓實處理。

圖1 分體式自動鋪磚機結構設計圖

3 自動鋪磚機程序設計

3.1 自動鋪磚機工作流程

自動鋪磚機模擬人工鋪貼瓷磚的工藝要求和動作特點編寫PLC程序，設備采用分體式結構由瓷磚自動上料機構和瓷磚鋪貼機構兩部分組成，其工作流程如下。

3.1.1 自動上料機構工作流程。首先，將水泥砂漿攪拌均勻后輸送給料斗3，經(jīng)料斗下料到料槽10中，加滿后刷漿機構將料槽中砂漿刮平并返回。瓷磚自底部放入抬升支架上，經(jīng)伺服電機6將瓷磚抬升到水平推料氣缸處，這時水平推料氣缸將瓷磚推入砂漿成型料槽的上方后縮回。然后，伺服電機帶動滾珠絲杠將砂漿成型底座和瓷磚移動到壓緊機構5處，由壓緊機構將瓷磚和料槽中的水泥壓實后抬起。最后，由伺服電機6將底座移動到機架的最右側，四導柱頂升氣缸抬起抹灰后的瓷磚脫離砂漿成型料槽備用。

3.1.2 瓷磚鋪貼機構工作流程。首先，瓷磚鋪貼機構在X、Y、Z三軸伺服電機的帶動下，自坐標原點將真空吸盤移動到臨近自動上料機構的瓷磚處；然后，真空吸盤吸附起瓷磚，移動X、Y、Z三軸電機使瓷磚回到用戶坐標系原點正上方10mm處，調(diào)整旋轉軸盤式輸出減速機角度使瓷磚與地面十字線對齊；再由伺服電機及減速機沿Z軸下降到指定位置后，真空吸盤釋放瓷磚；在氣缸7下降壓兩三次（模擬橡膠錘敲擊效果），將瓷磚壓實到標高控制線后縮回。當?shù)谝粔K瓷磚鋪好后，瓷磚鋪貼機構即按照S7-200PLC控制程序實現(xiàn)精確、高效、連續(xù)化鋪磚作業(yè)。

3.2 自動鋪磚機的順序控制功能圖設計

按上述自動鋪磚機工作流程設計的自動鋪磚機程序結構包括：主程序、初態(tài)檢查子程序、瓷磚自動上料子程序、運行控制子程序、瓷磚鋪貼子程序和狀態(tài)指示子程序等。主程序是一個周期循環(huán)掃描的程序，通電后先進行初態(tài)檢查：即檢查料斗中砂漿供料充足、瓷磚上料機構有無瓷磚、水平推料氣缸縮回、刷漿機構縮回、四導柱頂升氣缸下降、鋪料底座在滾珠絲杠左側、瓷磚搬運鋪貼機構是否在原點以及瓷磚壓緊氣缸縮回8個狀態(tài)是否滿足要求。這8個條件中任一條件不滿足初態(tài)條件，設備均不能啟動瓷磚鋪貼程序并使之運行。如果初態(tài)檢查通過，則說明設備準備就緒，準許啟動。啟動后主程序每個掃描周期調(diào)用瓷磚自動上料子程序、運行控制子程序和瓷磚鋪貼子程序循環(huán)執(zhí)行。如果在運行過程中按下停止按鈕，系統(tǒng)運行一個周期后進入停止狀態(tài)。

4 人機界面設計

根據(jù)自動鋪磚機的PLC程序選擇MCGS昆侖通態(tài)人機界面TPC7062KX設計其組態(tài)畫面，可實現(xiàn)如下功能：①在觸摸屏上實現(xiàn)設備的起動、停止操作和工作狀態(tài)指示；②當入料口通過人工放下瓷磚時伺服電機立即啟動，按觸摸屏設定的速度驅動傳送電機把瓷磚送往鋪磚機構處；③在觸摸屏上可顯示各橫向、縱向鋪貼瓷磚的累計數(shù)據(jù)，且數(shù)據(jù)在觸摸屏上可以重新設定；④根據(jù)實際需要設定鋪貼瓷磚時氣缸施加的壓力值大小；⑤可手動設定鋪貼機構旋轉z軸的初始角度，便于手動調(diào)整鋪貼瓷磚使其和地面十字線對齊。

5 結語

本文設計的室內(nèi)分體式自動鋪磚機模擬人工貼磚抹灰和貼壓瓷磚的工藝過程，借助PLC、傳感器和伺服電機控制其自動送料機構和鋪磚機構水平和垂直方向的位移，可實現(xiàn)精確、高效、連續(xù)化的鋪磚作業(yè)。PLC和MCGS的綜合應用實現(xiàn)了鋪貼瓷磚的自動化控制，且在鋪磚機運行的過程狀態(tài)和數(shù)量都可從人機界面上實時的監(jiān)控，并可根據(jù)需要做適當修改，大大提高了鋪貼瓷磚的效率，適用于更多的場合。其具有低成本、質(zhì)量一致性好的優(yōu)點，是對自動鋪磚機控制系統(tǒng)設計的一次有意義嘗試。

［1］肖俊峰，尹虹紅.基于PLC的水泥制磚機控制系統(tǒng)［J］.磚瓦世界，2008（11）：36-40.

The Control System Design of an Indoor Split Type Automatic Paving Machine

Hua YongZhao Gang
（Jiangsu Food&Pharmaceutical Science College，Huai'an Jiangsu 223003）

Paving tiles as an important process of interior decoration,the traditional manual paving brick has the shortcomings of low efficiency,consistency and others.Based on this,the control system and its configuration screen of split automatic paving machine were designed.The PLC,sensor and servo motor were used to control the feeding, horizontal and vertical displacement and tiling process of the paver.to achieve accurate,efficient,continuous paving operations.The advantages are high efficiency,low cost,good consistency and so on.

automatic paving machine；PLC；control system

TH69

A

1003-5168（2016）11-0065-02

2016-10-25

花勇（1979-），男，碩士，講師，研究方向：數(shù)字化設計。