基于PLC 的工業(yè)噴膠系統(tǒng)設計

張高浩 ，林 建

（福建農(nóng)林大學機電工程學院，福建 福州 350002）

國家目前正在大力發(fā)展智能工業(yè)，為了能夠更好和傳統(tǒng)制造業(yè)進行相互配合，需要將計算機和工業(yè)機器進行有效結合，PLC 控制就是其中相對關鍵的內容之一。PLC 的工業(yè)噴膠系統(tǒng)是工業(yè)噴膠機整個系統(tǒng)的核心，負責控制噴膠機的運行操作。本研究設計一款噴膠系統(tǒng)，用于膠水噴涂，通過自動化的方式代替人工進行工作，以提高流水線生產(chǎn)的效率，降低人工成本。

1 工業(yè)噴膠機整體設計

機器主要通過使用西門子的S7-1200PLC 與昆侖通態(tài)觸摸屏MCGS 來進行通信，將噴膠機固定在流水線上進行工作。工業(yè)噴膠機用于工業(yè)生產(chǎn)領域對流水線上的箱子進行噴膠，通過昆侖通態(tài)觸摸屏MCGS 來進行參數(shù)的設置和工作進度的觀察，通過PLC 來控制噴槍進行噴膠，利用西門子PLC 來控制配合人機交互界面進行工作，能夠更好地來進行工業(yè)上的機器生產(chǎn)和使用，這樣人機交互界面可以方便工作人員對機器的控制和操作，讓工業(yè)生產(chǎn)操作更加方便。機器整體結構如圖1所示。

圖1 機器整體結構

工業(yè)噴膠系統(tǒng)的電路部分主要由外部電源、24 V供電電源、西門子S7-1200PLC、光電傳感器、220 V固態(tài)繼電器、電磁閥、觸摸屏、帶燈開關所組成，電路原理如圖2 所示。氣路部分主要是由外部氣壓源、調壓閥、電磁閥、供墨氣泵、自動噴槍以及膠水桶所組成的，氣路原理如圖3 所示。

圖2 電路原理

圖3 氣路原理

2 S7-1200PLC工業(yè)噴膠機設計

2.1 PLC工業(yè)應用的介紹

PLC 具有體積小、速度快、功能強、價格低的特點，小型化PLC 在工業(yè)領域有著不可替代的地位，在工業(yè)控制領域得到了廣泛應用[1]。西門子PLC 功能強大，應用廣泛，在開發(fā)方面也相對其他PLC 來說有著更穩(wěn)定的工作方式，被很多工業(yè)廠家使用。本研究經(jīng)過對不同產(chǎn)品的PLC 型號對比后，選用的PLC 型號為西門子S7-1200系列。

2.2 控制系統(tǒng)整體方案的設計

噴膠機元器件使用西門子S7-1200PLC。西門子S7-1200 系列的PLC 作為小型自動化項目的新型控制器[2]，具有過電保護作用[3]，安全性能和使用效率高，可以使用博圖軟件來編寫程序和選擇模塊，方便在電腦上進行相對應的程序設計和改寫，在工業(yè)場合的通用性能夠讓設備在調試的過程中便于修改[4]。

噴膠機設計用于在生產(chǎn)線上對箱子進行噴膠，主要的結構和元器件設計如圖4 所示。通過光電感應器給定的信號來給PLC 作為輸入端的工作信號I0.0，當光電傳感器檢測到有箱子經(jīng)過后，通過預定的時間來決定噴槍工作的開始時間和結束時間，噴槍的噴停通過PLC 的輸出信號Q0.0 來進行控制。隨后通過昆侖通態(tài)觸摸屏對參數(shù)進行更改，并且可以通過觸摸屏來進行噴膠模式的切換（其中噴膠模式分為連續(xù)噴膠和斷續(xù)噴膠兩種模式），可以通過對觸摸屏的調節(jié)來選擇工作的方式。在噴膠結束后，觸摸屏會將噴膠的箱子數(shù)目進行記錄。

圖4 結構設計和元器件設計

噴膠機工作方式：通過光電傳感器來檢測流水線上的箱子，當檢測到有箱子后輸入端信號給到PLC開始執(zhí)行程序。隨后通過MCGS 昆侖通態(tài)觸摸屏來進行初始化設定，通過編寫好的PLC 程序在VIA 博圖軟件上進行導入，將西門子S7-1200PLC 與觸摸屏進行通信后在觸摸屏模塊上進行初始值的設定，從而根據(jù)需求來確定噴槍噴膠的時間和模式。機器的主要實物部分分為電路部分和氣路部分兩個部分，需要完成電路圖和氣路圖的設計后對實物進行搭建，實物圖如圖5、圖6所示。

圖5 電路控制部分

圖6 氣路控制部分

3 上位機監(jiān)控界面設計

3.1 上位機簡要介紹

上位機作為操作員控制生產(chǎn)線上機器的橋梁，對控制起著至關重要的作用，通過相對應的編程可以實現(xiàn)對機器的控制[5]，本研究選用的是MCGS 昆侖通態(tài)觸摸屏，用于和西門子的S7-1200PLC 進行網(wǎng)口端通信。

MCGS 和西門子S7-1200PLC 通信的編輯界面如圖7 所示。對于設備編輯窗口需要進行工作參數(shù)的設置，主要是用于對采集周期、端口號、波特率、數(shù)據(jù)的長度、校驗方式等參數(shù)進行設置。

圖7 設備通信編輯界面

3.2 上位機功能架結構

MCGS 是為工業(yè)過程控制和實時監(jiān)測領域服務的通用計算機系統(tǒng)軟件，其功能十分齊全完善，操作相對簡單、可視性好、可維護性強[6]。該系統(tǒng)可以用于Microsoft Windows 95/98等大部分操作系統(tǒng)[7]，通過MCGS 軟件進行用戶界面的設計，將需要的用戶界面設定完成后進行導入使用，其中本設計的用戶界面如圖8 所示。

圖8 用戶界面

MCGS 可以幫助用戶通過串口或者以太網(wǎng)來將用戶界面下載到觸摸屏中，從而根據(jù)自身的需要標定需要控制的參數(shù)[8]，例如時間參數(shù)、數(shù)量參數(shù)、流量參數(shù)等。編輯菜單中提供了多種參數(shù)的修改方式[9]。

觸摸屏的使用流程按圖9 進行設計。通過需求進行碼垛堆數(shù)、時間等參數(shù)的設計來進行機器運作。

圖9 觸摸屏使用流程

3.3 PLC程序設置部分

PLC 技術是我國工業(yè)自動化領域的產(chǎn)物，在近年來的實際應用中，為我國工業(yè)發(fā)展提供了極大的便捷與幫助，隨著中國制造業(yè)的快速發(fā)展，工業(yè)自動化需求也在不斷增長，PLC 技術在未來發(fā)展空間較大[10]。本研究根據(jù)工藝需求進行設計，機器噴涂方式有兩種，第一種噴涂方式為連續(xù)噴涂。該部分通過光電傳感器檢測流水線上運行的箱子，然后通過對PLC 和MCGS 昆侖通態(tài)觸摸屏進行通信，采用延時觸發(fā)方式來延時觸發(fā)噴膠，然后再對觸摸屏上的參數(shù)進行相對應的時間以及工作方式設置讓機器進行對應程序的工作，連續(xù)噴涂部分程序如圖10 所示。第二種噴涂方式為斷續(xù)噴涂。可以根據(jù)噴涂工藝的需求將噴涂的效果分段噴印，例如三段式噴涂等，斷續(xù)噴涂部分程序如圖11所示。

圖10 連續(xù)噴涂部分程序

4 結語

綜上所述，通過西門子S7-1200PLC 的控制來實現(xiàn)工業(yè)自動化噴膠，噴涂的膠水減少了工業(yè)裝配線箱子運輸和堆放的工作量，提高了工作效率。通過人機交互界面可以方便工作人員對機器的控制和操作，從而讓工業(yè)生產(chǎn)更加方便操作。該產(chǎn)品的設計能夠為工業(yè)產(chǎn)物運輸帶來幫助，使用特定的膠水進行噴膠可以避免箱體在運輸途中脫落而產(chǎn)生不必要的損失。