基于PLC的風(fēng)機(jī)葉片主梁玻纖布自動(dòng)鋪放控制系統(tǒng)

徐長(zhǎng)春，鄭楠，王逸塵

（江蘇海洋大學(xué)，江蘇連云港222005）

1 設(shè)計(jì)要求

1．1 工作要求

自動(dòng)鋪放設(shè)備主體主要是自動(dòng)鋪放小車，鋪放小車可按設(shè)定長(zhǎng)度鋪放，根據(jù)不同產(chǎn)品型號(hào)調(diào)用鋪層數(shù)據(jù)，且工藝數(shù)據(jù)的調(diào)用和參數(shù)輸入具有密碼保護(hù)。小車運(yùn)行可根據(jù)設(shè)定速度和長(zhǎng)度的自動(dòng)運(yùn)行，自動(dòng)運(yùn)行中可以手動(dòng)停止換卷后再啟動(dòng)自動(dòng)運(yùn)行，同時(shí)具有手動(dòng)運(yùn)行功能。在主梁開始鋪設(shè)時(shí)，可通過操作人員標(biāo)定一次零點(diǎn)位置，后續(xù)無需標(biāo)定。一層大梁布鋪設(shè)完成后，小車停止，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入下層鋪設(shè)數(shù)據(jù)，由反向按鍵發(fā)出控制信號(hào)使小車反向運(yùn)行到第二層鋪設(shè)位置，開始鋪設(shè)按鍵發(fā)出開始鋪設(shè)信號(hào)時(shí)再開始自動(dòng)運(yùn)行。小車運(yùn)行速度可通過觸摸屏設(shè)定且運(yùn)行過程中速度不可調(diào)節(jié)。鋪放小車按起始點(diǎn)和停止點(diǎn)啟動(dòng)和停止。

1．2 控制要求

本設(shè)備的控制系統(tǒng)主要由觸摸屏、PLC、伺服控制系統(tǒng)、檢測(cè)機(jī)構(gòu)和開關(guān)量器件組成，系統(tǒng)控制原理如圖1所示:

圖1 設(shè)備控制原理

上位機(jī)采用觸摸屏和嵌入式組態(tài)軟件，可以實(shí)現(xiàn)操作人員與設(shè)備的人機(jī)交互，同時(shí)可以將PLC反饋的狀態(tài)信息直觀顯示出來。下位機(jī)PLC是控制系統(tǒng)的核心，向上位機(jī)觸摸屏反饋系統(tǒng)狀態(tài)信息，接收上位機(jī)、傳感器等各方的信息，經(jīng)運(yùn)算和邏輯判斷后，向伺服驅(qū)動(dòng)器發(fā)送控制信號(hào)，通過伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)鋪放小車的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)主梁玻纖布的自動(dòng)鋪放。

2 硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)備的功能需求，控制系統(tǒng)硬件主要包含兩大部分:一是作為控制系統(tǒng)的核心，執(zhí)行通信、數(shù)據(jù)采集、邏輯判斷、數(shù)據(jù)反饋等任務(wù)的PLC控制器；二是驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器。

2．1 電機(jī)的選擇

自動(dòng)鋪放小車作為設(shè)備的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，只需要一個(gè)電機(jī)就能實(shí)現(xiàn)小車的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。由于自動(dòng)鋪放小車的速度控制要求較高，且需要的力矩較大，因此采用伺服電機(jī)控制。伺服電機(jī)配有伺服驅(qū)動(dòng)器，采用帶編碼器的半閉環(huán)控制，可以實(shí)現(xiàn)很高的位置和速度精度。伺服驅(qū)動(dòng)器工作在位置模式下，PLC向驅(qū)動(dòng)器發(fā)送方向信號(hào)和脈沖信號(hào)，來控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和電機(jī)的轉(zhuǎn)速，以此來實(shí)現(xiàn)鋪放小車的往復(fù)運(yùn)動(dòng)和速度調(diào)節(jié)。

2．2 PLC 的選型及 I／O 口分配

根據(jù)控制功能的需求，輸入輸出點(diǎn)的個(gè)數(shù)以及分配都需要明確，在本設(shè)計(jì)中，由于應(yīng)用了觸摸屏，故需要15點(diǎn)開關(guān)量輸入，11點(diǎn)開關(guān)量輸出。因此選擇了三菱FX3U－32MR型號(hào)的PLC［5］。此PLC性能較好，能很好地滿足控制要求。PLC具體的輸入輸出接線如圖2所示。

圖2 I／O接線圖

3 程序設(shè)計(jì)

設(shè)備的程序設(shè)計(jì)可以分為兩個(gè)部分，一是PLC中的設(shè)備控制程序設(shè)計(jì)，二是上位機(jī)觸摸屏中的人機(jī)界面設(shè)計(jì)。

3．1 設(shè)備控制程序

設(shè)備控制程序運(yùn)行在PLC中，控制著伺服電機(jī)和傳感器，對(duì)外部提供通信接口和控制指令，實(shí)現(xiàn)鋪放小車的自動(dòng)鋪放。

控制程序主流程如圖3所示，系統(tǒng)上電后，程序首先初始化及系統(tǒng)自檢，若系統(tǒng)自檢正常則鋪布系統(tǒng)正常啟動(dòng)，若系統(tǒng)自檢不正常則系統(tǒng)報(bào)警并執(zhí)行停機(jī)操作。鋪布系統(tǒng)啟動(dòng)后，選擇手動(dòng)或自動(dòng)模式，當(dāng)操作人員需要對(duì)自動(dòng)鋪布系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試時(shí)，可以選擇手動(dòng)模式來進(jìn)行伺服點(diǎn)動(dòng)調(diào)試。如果未選擇手動(dòng)模式，系統(tǒng)會(huì)默認(rèn)選擇自動(dòng)模式，PLC將讀取觸摸屏上寫入好的參數(shù)信號(hào)，通過RS－485與伺服電機(jī)進(jìn)行通訊，同時(shí)伺服驅(qū)動(dòng)器在定位過程中會(huì)實(shí)時(shí)讀取編碼器測(cè)量的位置信號(hào)，PLC再通過高速計(jì)數(shù)模塊進(jìn)行計(jì)數(shù)，得到位置控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)鋪布小車的精確運(yùn)動(dòng)。鋪布小車進(jìn)入正常工作模式后，PLC內(nèi)部計(jì)數(shù)器會(huì)自動(dòng)計(jì)算鋪布層數(shù)，當(dāng)鋪布層數(shù)達(dá)到人機(jī)界面設(shè)定的指定層數(shù)后，鋪布系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)停機(jī)，即整個(gè)鋪布工序結(jié)束。如果系統(tǒng)某個(gè)部分在工作模式下發(fā)生故障，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)緊急停機(jī)，這樣可以避免安全事故的發(fā)生。

圖3 控制系統(tǒng)流程圖

3．2 人機(jī)界面設(shè)計(jì)

控制軟件運(yùn)行在上位機(jī)上，本設(shè)備上位機(jī)選用的是MT8070IE型號(hào)觸摸屏，使用EasyBuilder Pro編程軟件進(jìn)行編程，設(shè)計(jì)操作人員與設(shè)備之間的人機(jī)交互界面。根據(jù)控制程序提供的指令，設(shè)定五個(gè)主要界面，分別是工作模式、手動(dòng)模式、工藝參數(shù)設(shè)置、系統(tǒng)參數(shù)配置和歷史參數(shù)查詢。

人機(jī)交互界面如圖4所示，當(dāng)前處于工作模式，操作界面左側(cè)區(qū)域是主界面跳轉(zhuǎn)區(qū)，可以實(shí)現(xiàn)五個(gè)界面的切換，中間部分是工作模式狀態(tài)顯示區(qū)，當(dāng)設(shè)備處于工作模式時(shí)，各指示燈狀態(tài)由PLC輸出信號(hào)控制，操作人員可以通過指示燈的狀態(tài)觀察設(shè)備狀態(tài)，右側(cè)區(qū)域是設(shè)備的操作區(qū)，可以控制玻纖布自動(dòng)鋪放小車的啟動(dòng)、停止、復(fù)位、前進(jìn)以及后退。

4 結(jié)束語

本文介紹了一種基于PLC控制的葉片主梁玻纖布自動(dòng)鋪放設(shè)備，利用PLC、觸摸屏和伺服控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了葉片主梁玻纖布的自動(dòng)鋪放。該設(shè)備已成功應(yīng)用，相比傳統(tǒng)人工鋪放，極大地改善了葉片制造工藝，提高了風(fēng)機(jī)葉片的加工質(zhì)量。