周子建

 （北京和利時(shí)自動(dòng)化驅(qū)動(dòng)技術(shù)有限公司，100176）

摘  要         花炮卷筒機(jī)的自動(dòng)精確運(yùn)行是提高花炮產(chǎn)量和安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)�；�于和利時(shí)公司LM系列PLC的花炮卷筒機(jī)控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的手/自動(dòng)控制和生產(chǎn)狀態(tài)（包括運(yùn)行流程、故障報(bào)警）的監(jiān)控，控制系統(tǒng)具有操作簡(jiǎn)單和人性化等特點(diǎn)，這對(duì)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(guó)是全球煙花爆竹的生產(chǎn)大國(guó)，產(chǎn)品出口100多個(gè)國(guó)家和地區(qū)，僅在“花炮之鄉(xiāng)”瀏陽(yáng)市，2008年的產(chǎn)值就高達(dá)100多個(gè)億，創(chuàng)稅10多個(gè)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(gè)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(guó)花炮產(chǎn)業(yè)入高速發(fā)展時(shí)期，加速花炮機(jī)械化、自動(dòng)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(guó)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(kāi)發(fā)而成，它的抗干擾能力和穩(wěn)定性比PLC要差，而這對(duì)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(jì)

花炮卷筒機(jī)的動(dòng)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(dòng)和自動(dòng)控制兩種控制模式。在手動(dòng)控制模式下，可以單獨(dú)對(duì)每一個(gè)工序的動(dòng)作進(jìn)行控制；當(dāng)切換到自動(dòng)控制模式，PLC程序會(huì)根據(jù)預(yù)先設(shè)置好的流程來(lái)控制卷筒機(jī)工作，不需要人工干預(yù)。所有的這些手動(dòng)操作和手/自動(dòng)信號(hào)的切換都是通過(guò)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：?jiǎn)��?dòng) （條件：上電檢查正常，手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)在自動(dòng)位置）

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

4：壓輥 （要求：第一送紙長(zhǎng)度達(dá)到，有延時(shí)）

5：抱紙 （要求：壓輥動(dòng)作完成，有延時(shí)）

6：卷筒、第二送紙 （要求：抱紙動(dòng)作完成；卷紙以及送紙都要求有延時(shí)，送紙長(zhǎng)度達(dá)到設(shè)定長(zhǎng)度卷紙電機(jī)停止運(yùn)行；送紙長(zhǎng)度最長(zhǎng)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(zhǎng)度達(dá)到設(shè)定長(zhǎng)度，送紙電機(jī)以及卷紙電機(jī)停止運(yùn)行；有延時(shí)；時(shí)間可調(diào)，時(shí)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(dòng)作完成；時(shí)間可調(diào)，時(shí)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(dòng)作完成之后抱紙電磁閥動(dòng)作，抱紙汽缸上的下限位磁性開(kāi)關(guān)觸發(fā)，切筒動(dòng)作開(kāi)始；要求：切筒動(dòng)作時(shí)間可調(diào)，時(shí)間在9S左右，一般為整數(shù)，切筒動(dòng)作有延時(shí)）

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

11：推筒進(jìn)、第一送紙 （條件：壓輥下動(dòng)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(zhǎng)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(zhǎng)”是指卷成一個(gè)炮筒的紙張長(zhǎng)度，在實(shí)際控制的過(guò)程中，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的紙長(zhǎng)由送紙電動(dòng)機(jī)（步進(jìn)電機(jī)）來(lái)控制。和利時(shí)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(gè)數(shù)的脈沖串（PTO）或者脈寬可調(diào)的周期性脈沖信號(hào)（PWM），輸出的脈沖串通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(zhǎng)的目的。此外，LM系列PLC具有高速計(jì)數(shù)功能，從而可以監(jiān)視步進(jìn)電機(jī)反饋回來(lái)的脈沖信號(hào)，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)換，就可以在程序里監(jiān)視紙長(zhǎng)的真實(shí)情況。

在PLC程序里，把每一個(gè)氣動(dòng)閥、每一個(gè)電機(jī)的操作狀態(tài)和運(yùn)行狀態(tài)（包括運(yùn)行時(shí)間、啟動(dòng)次數(shù)）記錄下來(lái)，上傳到人機(jī)交互界面上。人機(jī)界面設(shè)計(jì)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(dòng)操作

圖        2-5  觸摸屏控制圖—手動(dòng)控制

3         PLC硬件配置

根據(jù)上述控制流程設(shè)計(jì)，輸入輸出信號(hào)清單如下：

表      3-1 輸入輸出信號(hào)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(guò)了CE認(rèn)證、EMC測(cè)試，可以在比較惡劣的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)發(fā)生生產(chǎn)事故或某個(gè)設(shè)備發(fā)生故障需要停車的時(shí)候就可以快速的一鍵停止操作。

ì      操作簡(jiǎn)單

觸摸屏上的操作界面非常人性化，每個(gè)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(shuō)明，互鎖的操作按鈕都會(huì)相互鎖定，增強(qiáng)了操作安全性、降低了操作門(mén)檻。

ì      可維護(hù)性

由于對(duì)系統(tǒng)中的每一個(gè)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(jiǎn)單。

參考文獻(xiàn)

[ 1 ]    顧戰(zhàn)松，可編程控制器原理與應(yīng)用[M]，國(guó)防工業(yè)出版社.

[ 2 ]    方承遠(yuǎn)，工廠電器控制技術(shù)[M]，機(jī)械工業(yè)出版社.

[ 3 ]    中國(guó)工控網(wǎng).www.gongkong.com

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