塑料管道自動切割控制系統(tǒng)的設(shè)計

黃云志

摘 要：隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，對于塑料管道的需求越來越大，推動了管材企業(yè)與技術(shù)的不斷發(fā)展。針對管材行業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀，文章提出了關(guān)于塑料管道自動切割空時系統(tǒng)的總體設(shè)計思路和方法，并對主要的硬件設(shè)計、處理程序以及控制處理程序的軟件等方面具體說明，最后對整個設(shè)計方案進行檢驗。

關(guān)鍵詞：塑料管道；自動切割系統(tǒng)；設(shè)計

自從我國實行改革開放的制度以來，城市化水平不斷提出，大量人口涌入城市，促進了城市建筑的發(fā)展，在這種形式下，城市建筑對于塑料管材的需求越來越高，促進了塑料管材業(yè)的發(fā)展，推動了塑料管材業(yè)技術(shù)的創(chuàng)新與進步。塑料管材由于物化性能非常好，同時又環(huán)保節(jié)能，正逐步取代傳統(tǒng)管材，成為主要的建筑管材。由于我國在塑料管材技術(shù)方面起步晚，與國外發(fā)達國家相比，還有一定的距離，在生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量上都有很大缺陷，其次精細化程度也不夠。

1 塑料管材自動切割控制系統(tǒng)的總體設(shè)計

1.1 塑料管材切割自動化系統(tǒng)的軟件設(shè)計

塑料管材自動切割控制系統(tǒng)的核心部件是可編程控制器（以下簡稱PLC），通過PLC廠家提供的編程軟件進行編寫程序來完成控制動作。控制過程的顯現(xiàn)使用的可編程的人機界面（以下簡稱HMI）[1]。塑料管材自動切割控制系統(tǒng)中，使用西門子的S7-200 CPU224XP型PLC，編程軟件為STEP 7 MicroWIN SP9 Keil V4.0編寫程序；威綸通的MT8101IE型的HMI，編程軟件為Utility Manager編寫畫面程序；WINXP為操作系統(tǒng)。STEP 7 MicroWIN SP9 Keil V4.0提供了常用的輸入輸出指令、數(shù)值運行算指令、高速計數(shù)器指令和庫指令。編程簡單快捷、應(yīng)用高效。Utility Manager提供了常用的按鈕、指示燈、數(shù)據(jù)采樣、歷史數(shù)據(jù)保存、曲線圖分析及報警功能畫面的彈出等功能，畫面很直觀地模擬顯示工作的整個過程及一些數(shù)據(jù)的顯示。將這些簡單易用部份組合在一起便可以實現(xiàn)功能強大的控制顯示系統(tǒng)[2]。

1.2 塑料管材自動切割控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計

在選擇PLC方面，首先PLC要有很強的抗干擾性能，即使運行環(huán)境惡劣，也能正常工作，同時保證運行的效率。除此之外，還需要考慮其可擴展能力和工業(yè)通信能力，為日后需要增加控制功能和遠程工業(yè)通信打好擴展基礎(chǔ)。隨著自動化程度的提高，工業(yè)遠程監(jiān)控開始越來越得到重視，它可以把現(xiàn)場設(shè)備的過程數(shù)據(jù)實時的傳送到集中控制室，由集中控制室通過公司內(nèi)網(wǎng)的排產(chǎn)單對相應(yīng)的生產(chǎn)設(shè)備修改數(shù)據(jù)起到集中管理生產(chǎn)目的。PLC程序可以由設(shè)計者很自由的按照要實現(xiàn)的功能去編寫，而且在調(diào)試的過程中可以實時的監(jiān)控程序，更簡單快捷的發(fā)現(xiàn)和解決問題，提高工作效益。

接下來是設(shè)計顯示畫面功能，HMI除了可以設(shè)計模擬畫面功能外，還可以設(shè)計一些手動/自動的功能能按鈕來控制PLC的手動/自動控制，從而可以減小外部控制電路的設(shè)計工作，大大減少電氣人員接線及安裝按鈕的工作量和日后維修難度降低。HMI可以將PLC每一步的動作通過Utility Manager編寫畫面程序進行在畫面設(shè)計指示燈或動態(tài)畫面顯示出來，也可以把PLC采集的數(shù)據(jù)，計數(shù)數(shù)據(jù)，計時數(shù)據(jù)等實時的顯示出來，從而更加直觀清晰了解設(shè)備生產(chǎn)流程。除此之外，HMI還可以把PLC重要的采集數(shù)據(jù)或處理過的數(shù)據(jù)進行歷史記錄，故障報警記錄等保存，歷史記錄方便日后供相關(guān)技術(shù)人員對產(chǎn)品品質(zhì)分析作有效的依據(jù)，故障報警記錄方便專業(yè)維修維護人員更快捷的解決設(shè)備故障問題和維護工作。歷史數(shù)據(jù)可以導(dǎo)出生成EXCEL表格打印出來。HMI與PLC是通過RS232或RS485通信線連接，只需要在HMI設(shè)置連接對象，無需編寫通信程序。

在設(shè)計信號輸入或者輸出的控制在PLC中完成，PLC可以接收開關(guān)量信號。開關(guān)量信號又分為輸入、輸出開關(guān)量信號，當有輸入信號時，PLC相應(yīng)的開關(guān)量輸入通道的指示燈就會點亮觸發(fā)輸入，經(jīng)過內(nèi)部程序的處理，會在相應(yīng)的開關(guān)量輸出通道接通自帶繼電器，從而使外部電路接通，從而控制繼電器、變頻器、電磁閥等外部執(zhí)行機構(gòu)去控制切刀、退料、分離等功能。

2 塑料管材自動切割控制系統(tǒng)的主程序設(shè)計

塑料管材自動切割系統(tǒng)的硬件是通過PLC和HMI組合控制和調(diào)配而進行工作的，這樣在控制、檢測系統(tǒng)的時候更加方便，同時也有利于保證整個系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運行。

在設(shè)計塑料管材自動切割控制系統(tǒng)的主程序時，要充分了解整個編程是如何運行的，要考慮整個動作過程不同條件下的相互關(guān)聯(lián)和相互影響的關(guān)系具體分析。首先，將系統(tǒng)設(shè)置成初始化狀態(tài)，包括各個硬件的初始化狀態(tài)，通過初始狀態(tài)判斷設(shè)備在使用前是否正常，如果不正常，HMI畫面會顯示相應(yīng)工件不到位報警提示，禁止強制繼續(xù)運行，供維修人員及時處理問題。如果程序正確，繼續(xù)輸出動作流程，同時接收相關(guān)的數(shù)據(jù)和信號。

塑料管材自動切割控制系統(tǒng)需要設(shè)計PLC中斷處理程序，通過中斷影響機制來達到控制信號以及處理相關(guān)數(shù)據(jù)信息的目的。在這個過程中，還能夠通過時鐘的程序完成定時器的工作，在系統(tǒng)中設(shè)置周期，對系統(tǒng)進行定時周期設(shè)置，通過啟動中斷處理程序，設(shè)定循環(huán)幾次實現(xiàn)對時間的控制。

在塑料管材自動切割控制系統(tǒng)中還需要設(shè)計PLC與變頻器RS485通信程序，在PLC中調(diào)出RS485通信指令庫程序塊，在程序塊中填入通信從站號、數(shù)據(jù)位、波特率及讀寫變頻器相應(yīng)頻率的數(shù)據(jù)地址。在變頻器中的通信參數(shù)設(shè)置與PLC程序塊中填入的參數(shù)需要一致。PLC通信控制變頻器進行調(diào)速行走電機，通過反饋回路，實現(xiàn)閉環(huán)控制。這樣的做法為了在夾緊切管時，行走電機行走的速度和出管牽引的速度相當。工作人員可以在HMI上設(shè)置變頻器頻率參數(shù)。HMI通過PLC與變頻器通信把頻率、電壓、電流、轉(zhuǎn)速等參數(shù)在屏幕上顯示，操作方便簡單。

3 塑料管材自動切割控制系統(tǒng)的檢測

對于塑料管材自動切割系統(tǒng)的檢測，是通過歐姆龍的旋轉(zhuǎn)編碼器（A/B相正交計數(shù)）進行對管道的長度進行測量，編碼器通過旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生脈沖信號輸入到PLC高速計數(shù)器端口，PLC內(nèi)部編寫運算及轉(zhuǎn)換指令，把脈沖信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，因為高速計數(shù)器的速度要比PLC程序執(zhí)行掃描的時間還要快，故此必須要在中斷程序中完成高速計數(shù)器采集的數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)的處理。在HMI上設(shè)置需要切管的長度，及上、下限偏差值，通過在PLC內(nèi)部程序中編寫比較程序，當旋轉(zhuǎn)編碼器旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)到達所設(shè)定的長度值時，就會產(chǎn)生一個中斷指令，所測出的長度數(shù)值馬上存入到HMI上保存，輸出動作的同時又清零編碼器數(shù)值而繼續(xù)從新開始計數(shù)。周而復(fù)始的這樣循環(huán)工作。

4 結(jié)束語

綜上所述，可以得知，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，刺激了房地產(chǎn)行業(yè)的發(fā)展，使得市場對塑料管材的需求也隨之而增加。但是由于我國塑料管材生產(chǎn)技術(shù)落后，生產(chǎn)效率低，質(zhì)量差，因此我國大部分塑料管材企業(yè)所使用的技術(shù)都是從國外進口而來。塑料管材切割系統(tǒng)是管材生產(chǎn)環(huán)節(jié)中最為重要的一部分，因此，通過設(shè)計塑料管道自動化切割控制切割系統(tǒng)，提高管材的生產(chǎn)產(chǎn)量、質(zhì)量以及精度，進而提高我國管材生產(chǎn)設(shè)備在市場上的競爭力。

參考文獻

[1]黎良田.塑料管材自動切割控制系統(tǒng)的設(shè)計研究[J].塑料工業(yè)，2016（44）：53-55.

[2]吳志敏，陽勝峰.西門子PLC與變頻器、觸摸屏綜合應(yīng)用[M].中國電力出版社，2009.