龍門式輸送堆碼機PLC控制系統設計

孔祥勇

摘要：本文介紹了瓦楞紙板生產線中，龍門式輸送堆碼機的結構和工藝流程，針對以前常見的簡易式輸送機，存在著動作緩慢，生產誤差大，速度慢，效率低等不足之處，提出用PLC和觸摸屏、變頻器設計一個新的控制系統，機械輸送部分增加氣動擋桿來分離紙板，最后段輸送部分增加上下升降功能，增加自動點數功能，設計堆疊架的快速排紙和擋板的快速移動，以實現瓦楞紙板的快速排出、堆垛，高效、可靠，自動化程度高，達到中、高速瓦楞紙板生產線的水平。

關鍵詞：PLC控制? 小龍門堆碼? ?維控（WECOM） 觸摸屏? ? 變頻器

一、引言

龍門式輸送堆碼機是瓦楞紙板生產線上的重要設備，其作用是將生產線橫切機定尺寸切斷后的成品紙板，經由此機接紙、自動輸送、自動堆跺，自動橫向輸出到輸送工作臺，再由工人或物流系統轉運到印刷機進行印刷。以前除吊籃式輸送堆碼機外，一般采用簡易型的輸送機，雖然電機也是用變頻器控制，但受制于結構，當瓦楞紙板生產線速度超過90米/分時，簡易型的輸送機就來不及排出紙板，跟不上生產線的速度?，F在市場上生產線的速度要求越來越快，效率要高，簡易型輸送機效率低下，速度慢，已跟不上市場的需求，我們公司也順應市場，通過電氣、機械部分的設計，采用PLC、觸摸屏和變頻器的控制運用，推出了速度快、效率高、計數準確的龍門式輸送堆碼機，滿足了市場的需求。

二、龍門式輸送堆碼機的主要結構

主要由輸送帶輸送部分（縱向）和堆疊、橫向輸出部分（橫向）兩大部分組成。輸送帶輸送部分由1#、2#、3#（M1、M2、M3）三段皮帶組成。

橫切機的出紙壓輪處裝有一個計數光電開關，橫切機排出紙板時，經過一張計數一張，快速計數。在第一段皮帶（1#）的轉軸上裝有一個旋轉編碼器，用來計算比較剛排出的紙板是否走完第一段皮帶距離;第一段和第二段皮帶之間裝有一根氣動頂桿，夠數卸載時向上頂起，用來分離紙板，將計夠數的紙板快速向后輸送排出。

第一、第二段的輸送皮帶架固定，最大的技術設計改進是在第三段皮帶輸送架處裝有一個龍門支架，在第三段皮帶和第二段皮帶的連接處，用了兩個擺動軸承聯接，以此做支點，使第三段皮帶架尾部，通過升降電機（M5）帶動滾輪可以在龍門架導軌上上升，達到不斷堆高紙板，不會相撞紙板;同時依靠皮帶架上升和皮帶速度的調整變慢，將后續的紙板堆積在2#、3#輸送皮帶上，為橫向快速排出紙板贏得時間，達到提高整條生產線速度的目的。

橫向出紙部分緊接在第三段皮帶龍門架后面，高度比前面的第三段輸送皮帶架要低，以方便接收第三段皮帶輸送過來的紙板，由兩個皮帶橫向輸出的輸送架和兩組可移動的輸送滾道組成;其中一個3米多長的輸送架（4#）（M7），緊跟在第三段皮帶后面，架子上面有一塊整幅的皮帶，作為橫向快速輸出，排出紙板，皮帶上有一個由電機帶動可前后移動的擋紙板（M6），剛好挨著（4#）輸送皮帶面，但不接觸，用來擋住不同尺寸的紙板，使其堆疊整齊;另一個短一點的5#皮帶輸送架（M8）緊貼擺放在4#輸送架的旁邊，接收由4#皮帶輸送過來的紙板，再輸送到旁邊的輸送滾道上。

三、設備的工藝流程簡介

龍門式輸送堆碼機安裝在整條瓦楞紙板生產線的最后，緊挨著高速橫切機，橫切機切斷的成品紙板經輸送壓輪送落到龍門式輸送堆碼機的第一段皮帶上，排出一張計數一張，輸送堆碼機的皮帶速度按比例比生產線的車速要慢，但跟紙板生產線的速度同步，以使紙板落在皮帶上能一張疊一張并拉開一定距離疊得整齊，按順序經過三段皮帶的輸送，最后段（3#）（M3）將紙板輸送到橫向皮帶輸送架（4#）上，在3#輸送架靠近橫向輸送架的外側，裝有一個光電開關，用來檢測落到橫向輸送架上紙板的高度，可隨3#輸送架尾部上下移動。當堆疊起來的紙板被光電開關檢測到時，光電開關發出信號給PLC，PLC輸出信號給升降變頻器并控制松開升降電機的剎車，使升降電機按設定的速度迅速上升，當光電開關沒有檢測到紙板時，升降電機停止上升，等待下一個上升信號。升降電機每次動作時都會先松開剎車，這個動作是預防突然斷電造成意外。

四、控制系統的硬件設計

（1）PLC 選擇

可編程控制器由于具有高的可靠性，編程方便，便于使用、修改，安裝方便等性能在工業控制中有著廣泛的應用。

本系統選用西門子公司的S7-200? CPU226CN （晶體管輸出型）來控制設備的運行。它以緊湊的結構，低廉的價格，良好的延展性，強大的指令功能，方便快捷的安裝、拆卸方式，是控制工程的理想控制器。S7-200 PLC 包含了一個單獨的S7-200 CPU 和各種可選的擴展模塊，可以十分方便地組成不同規模的控制器。S7-200 的編程軟件STEP 7—Micro/WIN 可以方便地在Windows 環境下對PLC編程、調試、監控，使得PLC的編程更加方便、快捷。在本設備上選用了晶體管輸出型的CPU226CN （6ES7 216-2AD23-0XB8），它有兩個通訊端口，一個用來和觸摸屏通訊，一個用來和西門子變頻器通訊;一個EN221輸入擴展模塊（6ES7 221-1BH22-0XA8）。

（2）人機界面選擇

觸摸屏是一種人機交互裝置，在控制系統中，觸摸屏常作為PLC的輸入輸出設備，通過使用相關軟件，設計出滿足用戶要求的監控畫面，實現對控制對象的操作和顯示，用于參數輸入和控制命令的發出。在本系統中選用了維控公司的WECOM品牌觸摸屏 維控觸摸屏一個項目可同時管理多個觸摸屏程序，同時支持多種語言切換，服務于不同的國家和地區，各語言可單獨指定字體字型，提供程序密碼保護功能，通過串口和以太網通訊及U盤，可隨時處理系統和應用更新，特別是可用U盤來下載觸摸屏的程序，對修改程序和下載，十分方便快捷;使用WECOM軟件，支持離線及在線仿真，仿真效果好，支持穿透通訊，編程方便，元件外形圖案和顏色選擇多。

五、主要的程序硬件設計

主要是主電路和PLC的I/O 分配，考慮到系統的可靠和以后的擴展或維修方便，有些空的I/O點備用。

六、觸摸屏畫面設計

觸摸屏主要對系統的一些參數進行設置，如設定張數、設定速度、設定時間，以及一些開關控制，主畫面設置了一般常用的參數和子畫面按鈕，以方便操作者操作。

（1）主畫面

設好要卸載設定張數;正常工作時，前擋桿不用操作;選好顯示的語言，中文英文可隨時轉換;后擋板設為自動，擋板會根據紙板長度加上后擋板自動位移值這兩個值相加得到的長度，自動移動到此位置停下。

（2）PLC輸入點監控畫面

（3）PLC輸出點監控畫面

PLC輸入和輸出點監控畫面里，名稱欄下面的是位指示燈，當輸入或輸出點無信號（未接通）時，對應的文字的背景顏色為淡黃色，當有信號（接通）時，對應的背景會變為天藍色，即有兩種背景顏色來分辨輸入點和輸出點的通斷情況，方便維修人員檢查和監控。

結束語

通過以上的設計，經過生產現場的安裝調試，本套系統達到設計要求，已成功用于我公司出口伊朗、越南 墨西哥和國內的生產線上。通過西門子PLC的系統控制WECOM人機界面的設計，西門子高品質變頻器的應用，大大提升了瓦楞紙板生產線整線的有效生產速度，當生產線的車速達到170米每分鐘時，本龍門式輸送堆碼機仍能滿足要求，快速排出紙板，而且計數準確，極大地提高了生產效率，滿足了市場的需求。

參考文獻：

（1）《西門子S7-200可編程控制器系統手冊》，西門子公司出版，2003年版。

（2）《西門子MICROMASTER G120C使用說明書》，西門子公司出版。

（3）張運剛、宋小春、郭武強《從入門到精通——西門子S7-200 PLC 技術與應用》，人民郵電出版社出版，2007年6月第1版。

（4）《維控觸摸屏使用手冊》維控公司出版