周子建

 （北京和利時自動化驅(qū)動技術(shù)有限公司，100176）

摘  要         花炮卷筒機(jī)的自動精確運(yùn)行是提高花炮產(chǎn)量和安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)。基于和利時公司LM系列PLC的花炮卷筒機(jī)控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)整個生產(chǎn)過程的手/自動控制和生產(chǎn)狀態(tài)（包括運(yùn)行流程、故障報警）的監(jiān)控，控制系統(tǒng)具有操作簡單和人性化等特點(diǎn)，這對花炮生產(chǎn)企業(yè)提高生產(chǎn)率和生產(chǎn)安全性具有重要意義。

關(guān)鍵詞       PLC；人機(jī)界面；花炮卷筒機(jī)控制系統(tǒng)

1         引言

我國是全球煙花爆竹的生產(chǎn)大國，產(chǎn)品出口100多個國家和地區(qū)，僅在“花炮之鄉(xiāng)”瀏陽市，2008年的產(chǎn)值就高達(dá)100多個億，創(chuàng)稅10多個億，成為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)。然而作為這樣一個歷史悠久、規(guī)模巨大的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，目前的生產(chǎn)處在十分落后的狀態(tài)。隨著我國花炮產(chǎn)業(yè)入高速發(fā)展時期，加速花炮機(jī)械化、自動化生產(chǎn)，是花炮行業(yè)提高產(chǎn)量和安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)。

中國目前花炮卷筒機(jī)的控制系統(tǒng)有兩種方式，一種采用炮卷筒機(jī)專用控制器，另一種采用PLC控制。由于專用控制器都是基于單片機(jī)開發(fā)而成，它的抗干擾能力和穩(wěn)定性比PLC要差，而這對于花炮生產(chǎn)的持續(xù)性和穩(wěn)定性尤為重要。

2         系統(tǒng)設(shè)計

花炮卷筒機(jī)的動作主要有：送紙、壓輥、抱紙、卷筒、加水、加膠、切紙、切筒、進(jìn)筒燈一系列工序。根據(jù)工序的特點(diǎn)，在PLC的控制程序里有手動和自動控制兩種控制模式。在手動控制模式下，可以單獨(dú)對每一個工序的動作進(jìn)行控制；當(dāng)切換到自動控制模式，PLC程序會根據(jù)預(yù)先設(shè)置好的流程來控制卷筒機(jī)工作，不需要人工干預(yù)。所有的這些手動操作和手/自動信號的切換都是通過觸摸屏進(jìn)行的。 

圖        2-1  PLC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)工作流程：

1：上電  （上電檢查、筒原始位、推筒退限位、壓輥下限位、抱紙下限位是否在原始位置）

2：啟動 （條件：上電檢查正常，手動/自動轉(zhuǎn)換開關(guān)在自動位置）

3：第一送紙 （要求：速度可調(diào)、長度能達(dá)到500mm、有延時）

4：壓輥 （要求：第一送紙長度達(dá)到，有延時）

5：抱紙 （要求：壓輥動作完成，有延時）

6：卷筒、第二送紙 （要求：抱紙動作完成；卷紙以及送紙都要求有延時，送紙長度達(dá)到設(shè)定長度卷紙電機(jī)停止運(yùn)行；送紙長度最長要求達(dá)到3000mm以上，第二送紙速度可調(diào)）

7：切紙 （條件：送紙長度達(dá)到設(shè)定長度，送紙電機(jī)以及卷紙電機(jī)停止運(yùn)行；有延時；時間可調(diào)，時間在1S以內(nèi)，精確到小數(shù)點(diǎn)后一位）

8：卷筒 （條件：切紙動作完成；時間可調(diào)，時間在5S左右，精確到小數(shù)點(diǎn)后一位）

9：切筒、抱紙下 （條件：卷筒完成；卷紙動作完成之后抱紙電磁閥動作，抱紙汽缸上的下限位磁性開關(guān)觸發(fā)，切筒動作開始；要求：切筒動作時間可調(diào)，時間在9S左右，一般為整數(shù)，切筒動作有延時）

10：壓輥下 （條件：切筒動作完成，切筒原始位磁性開關(guān)點(diǎn)亮）

11：推筒進(jìn)、第一送紙 （條件：壓輥下動作完成，切筒原始位以及壓輥下限位在原位）

12：推筒退 （條件：推筒進(jìn)限位點(diǎn)亮）

13：壓輥： （切筒原始位、推筒退限位、壓輥下限位、抱紙下限位在原始位置、第一送紙長度達(dá)到）

……一直按上述循環(huán)

系統(tǒng)的控制流程如下：

圖        2-2  系統(tǒng)控制流程圖

在此流程圖里，“紙長”是指卷成一個炮筒的紙張長度，在實際控制的過程中，每一個節(jié)點(diǎn)的紙長由送紙電動機(jī)（步進(jìn)電機(jī)）來控制。和利時LM系列的PLC帶有脈沖輸出功能，能夠根據(jù)PLC程序輸出規(guī)定個數(shù)的脈沖串（PTO）或者脈寬可調(diào)的周期性脈沖信號（PWM），輸出的脈沖串通過電機(jī)驅(qū)動器精確的控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，從而達(dá)到控制節(jié)點(diǎn)紙長的目的。此外，LM系列PLC具有高速計數(shù)功能，從而可以監(jiān)視步進(jìn)電機(jī)反饋回來的脈沖信號，經(jīng)過簡單的轉(zhuǎn)換，就可以在程序里監(jiān)視紙長的真實情況。

在PLC程序里，把每一個氣動閥、每一個電機(jī)的操作狀態(tài)和運(yùn)行狀態(tài)（包括運(yùn)行時間、啟動次數(shù)）記錄下來，上傳到人機(jī)交互界面上。人機(jī)界面設(shè)計如下

圖        2-3  觸摸屏控制圖—參數(shù)設(shè)置

圖        2-4  觸摸屏控制圖—自動操作

圖        2-5  觸摸屏控制圖—手動控制

3         PLC硬件配置

根據(jù)上述控制流程設(shè)計，輸入輸出信號清單如下：

表      3-1 輸入輸出信號清單

4         應(yīng)用特點(diǎn)

基于LM系列PLC的花炮卷筒機(jī)控制系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：

ì      穩(wěn)定性和安全性

PLC和觸摸屏都通過了CE認(rèn)證、EMC測試，可以在比較惡劣的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場工作，抵御各種惡劣條件的能力較強(qiáng)，這就為持續(xù)生產(chǎn)提供了必要的保障。此外系統(tǒng)提供了一鍵緊急停止按鈕，當(dāng)現(xiàn)場發(fā)生生產(chǎn)事故或某個設(shè)備發(fā)生故障需要停車的時候就可以快速的一鍵停止操作。

ì      操作簡單

觸摸屏上的操作界面非常人性化，每個設(shè)備環(huán)節(jié)的運(yùn)行狀態(tài)都有提示，每一步操作都有相應(yīng)的說明，互鎖的操作按鈕都會相互鎖定，增強(qiáng)了操作安全性、降低了操作門檻。

ì      可維護(hù)性

由于對系統(tǒng)中的每一個設(shè)備都做了故障狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)、操作狀態(tài)記錄和保存，日常事故的追蹤和設(shè)備的維護(hù)都變得更加簡單。

參考文獻(xiàn)

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[ 3 ]    中國工控網(wǎng).www.gongkong.com

[ 4 ]    花炮機(jī)械網(wǎng).www.huapaojixie.com