軸卷式收卷的PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)

趙紅梅+張軍+馮志亮

摘 要：本文介紹了有軸收卷的基本原理以及工作流程。具體說(shuō)明了可編程序控制器在收卷中的作用。程序涉及到了有軸收卷工作的絕大部分過(guò)程。利用PLC控制的有軸收卷提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，保證收卷能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，從而提高了工作效率。滿足了現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求，主要應(yīng)用于造紙、印刷、紙品加工方面的產(chǎn)業(yè)。

關(guān)鍵詞：PLC程序設(shè)計(jì)；有軸收卷；基本原理

1 前言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的趨勢(shì)及工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展，人們對(duì)各方面的要求越來(lái)越高，方方面面都講求速度、高效。有軸收卷能模仿人的某些動(dòng)作功能，按固定程序的走向、搬運(yùn)物件或操作工具的自動(dòng)操作裝置。它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，可以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化生產(chǎn)加工，可以更好地節(jié)約能源和提高運(yùn)輸設(shè)備或產(chǎn)品的效率，以降低其他搬運(yùn)方式的限制和不足。加入PLC的有軸收卷出錯(cuò)率低，連續(xù)性長(zhǎng)，對(duì)生產(chǎn)效益發(fā)揮著重大作用。

2 有軸收卷的主體形式

2.1 組成結(jié)構(gòu)

機(jī)械部分：儲(chǔ)料臺(tái)、膠輥、傳動(dòng)輥、壓輥氣缸*2、裁刀氣缸*2、卸料氣缸*2、前擋板氣缸*2、后擋板氣缸*2、引紙氣缸。

電氣部分：對(duì)射電眼、計(jì)米速度檢測(cè)器、檢測(cè)電眼、計(jì)米電眼。

如圖1所示。

2.2 工作原理

由圖可以看出首先是儲(chǔ)料臺(tái)的對(duì)射電眼有紙張檢測(cè)，然后是引紙輥引紙，引紙輥上有計(jì)米器對(duì)速度的一個(gè)調(diào)節(jié)，然后是紙到達(dá)膠輥壓緊，紙進(jìn)入前后擋板，前后擋板軸芯主要由電磁閥和氣缸配合電氣動(dòng)作，使紙張順利進(jìn)入軸心，軸芯前有個(gè)斷紙檢測(cè)是對(duì)斷紙的一個(gè)信號(hào)反饋，當(dāng)紙張進(jìn)入軸芯后，軸開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，最后對(duì)定米數(shù)的是一個(gè)光電開(kāi)關(guān)對(duì)軸芯選轉(zhuǎn)圈數(shù)的一個(gè)檢測(cè)，一但達(dá)到設(shè)定米數(shù)，裁刀氣缸帶動(dòng)氣缸動(dòng)作，切斷紙。

2.3 工藝分析

當(dāng)紙張進(jìn)入儲(chǔ)料臺(tái)：能使紙張有調(diào)理地疊放一定的紙張是輔助收卷的緩沖平臺(tái)，儲(chǔ)料臺(tái)的中部有對(duì)射電眼，紙張?jiān)趦?chǔ)料臺(tái)上的中部時(shí)對(duì)射電眼進(jìn)行檢測(cè)，只有檢查到有紙?jiān)趦?chǔ)料臺(tái)設(shè)備才能運(yùn)行，把檢測(cè)的信號(hào)反饋給PLC，按下操作臺(tái)的運(yùn)行按鈕，設(shè)備開(kāi)始動(dòng)作，由引紙輥將紙引入軸的間隙，當(dāng)紙張進(jìn)入卷軸時(shí)，電眼檢測(cè)到使PLC收到信號(hào)，前后擋板合上，膠輥 壓下，收卷開(kāi)始，當(dāng)收到設(shè)定的長(zhǎng)度時(shí)，裁刀汽缸動(dòng)作將紙裁斷，然后卸料汽缸動(dòng)作，將軸收回后經(jīng)開(kāi)口檢測(cè)，再旋轉(zhuǎn)一次后伸出，跟著前后擋板動(dòng)作，引紙汽缸動(dòng)作使紙進(jìn)入軸的間隙中，重復(fù)動(dòng)作。如圖2所示。

2.4 系統(tǒng)控制模版

按下開(kāi)始按鈕，系統(tǒng)得電開(kāi)始對(duì)紙張進(jìn)行檢測(cè)，將傳感器檢查的電信號(hào)反饋給PLC，PLC接收到傳感器所發(fā)出的電信號(hào)，進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換對(duì)現(xiàn)場(chǎng)斷紙情況進(jìn)行判斷，并且工作臺(tái)上有相應(yīng)的指示燈可以直觀地反映給操作員，待系統(tǒng)確認(rèn)之后，條件符合是否工作要求，操作員可以指示燈顯示綠色，無(wú)報(bào)警則按下運(yùn)行按鈕，設(shè)備進(jìn)行工作。本設(shè)備可以根據(jù)加工紙品的長(zhǎng)度輸入對(duì)應(yīng)的數(shù)值，從而達(dá)到客戶的要求。如圖3所示。

3 PLC有軸收卷的設(shè)計(jì)

3.1 控制系統(tǒng)分析

系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的控制：?jiǎn)?dòng)、停止、退卷、收卷的點(diǎn)動(dòng)寸行、收卷直徑的調(diào)節(jié)和零位校準(zhǔn)等操作。操作實(shí)現(xiàn)可根據(jù)方便操作的要求設(shè)置操作方式，其中啟動(dòng)、停止、收卷直徑的調(diào)節(jié)和復(fù)原、收卷直徑的零位校準(zhǔn)等操作在觸摸屏上完成，退卷、收卷的點(diǎn)動(dòng)寸行由現(xiàn)場(chǎng)操作按鈕完成。

系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)視：控制系統(tǒng)工作過(guò)程中的控制參數(shù)包括：當(dāng)前速度大小、收卷轉(zhuǎn)速和收卷圈數(shù)和工作狀態(tài)等實(shí)時(shí)信息。

開(kāi)關(guān)量包括高速計(jì)數(shù)輸入/輸出模塊：主要實(shí)現(xiàn)操作按鈕的輸入，收縮桿的零位檢測(cè)，光電計(jì)數(shù)及開(kāi)關(guān)量的控制和狀態(tài)指示等功能。

模擬量輸入模塊：用于收卷過(guò)程中，由傳感器將張力的壓力信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)經(jīng)變送器送入PLC模擬量輸入模塊，用于控制和顯示。

模擬量輸出模塊：通過(guò)檢測(cè)和給定經(jīng)過(guò)PLC的PID運(yùn)算產(chǎn)生當(dāng)前控制量，經(jīng)模擬量輸出模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)制動(dòng)器的勵(lì)磁電流控制，保證計(jì)米穩(wěn)定；對(duì)變頻器的調(diào)速控制，實(shí)現(xiàn)收卷過(guò)程的轉(zhuǎn)速控制，自動(dòng)降速及定位等控制功能。

步進(jìn)電機(jī)控制模塊：用于對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制。根據(jù)設(shè)置的收卷直徑通過(guò)步進(jìn)電機(jī)調(diào)節(jié)偏轉(zhuǎn)桿的位置。根據(jù)卷材厚度給定由步進(jìn)電機(jī)控制收卷過(guò)程中每次收卷直徑的微調(diào)量。

3.2 有軸收卷的設(shè)計(jì)目的和任務(wù)要求

（1）設(shè)計(jì)目的。在印刷及造紙加工企業(yè)，常常需要將成卷的紙按一定長(zhǎng)度和層數(shù)平鋪在一個(gè)平臺(tái)上，或按一定米數(shù)要求生產(chǎn)出成品。本設(shè)計(jì)主要完成使用三菱FX1S-30MR/16DI/14D0_2-1系列可編程控制器為核心構(gòu)成有軸收卷聯(lián)合機(jī)電氣控制系統(tǒng)。

（2）任務(wù)要求。運(yùn)行狀態(tài)下，按下裁斷，壓輥夾緊前后擋板保持打開(kāi)，檢料電眼檢測(cè)到料，裁刀汽缸動(dòng)作將紙裁斷，然后卸料汽缸動(dòng)作，將軸收回后經(jīng)開(kāi)口檢測(cè)，再旋轉(zhuǎn)一次后伸出，跟著前后擋板動(dòng)作，引紙汽缸動(dòng)作使紙進(jìn)入軸的間隙中，跟著料檢測(cè)電眼射到紙張，卸料汽缸動(dòng)作離合切換，軸繼續(xù)收卷，使每一卷成品的卷紙都是按設(shè)定的長(zhǎng)短，進(jìn)入打包裝機(jī)。

3.3 PLC的概述與選型

可編程邏輯控制器簡(jiǎn)稱PLC英文全稱：Programmable Logic Controller。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，為適應(yīng)多品種，小批量生產(chǎn)的需求而產(chǎn)生發(fā)展起來(lái)的一種新型的工業(yè)控制裝置。

PLC的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣，并在迅速擴(kuò)大，對(duì)于而今的PLC幾乎可以說(shuō)凡是需要控制系統(tǒng)存在的地方就需要PLC，尤其近幾年來(lái)PLC的性價(jià)比不斷提高已被廣泛應(yīng)用在冶金、機(jī)械、石油、化工、輕功、電力等各行業(yè)。

本設(shè)備選用的是三菱的FX1S-30MR/16DI/14D0_2-1和FX1S-30MR/16DI/14D0_2-2.上位機(jī)Tp04，采用RS485通訊及臺(tái)達(dá)ELT變頻。

3.4 控制參數(shù)及變頻主參數(shù)設(shè)定

裁刀延時(shí)0.20秒 進(jìn)刀時(shí)間0.33秒 引紙延時(shí)0.20秒

退料延時(shí)0.60秒 收卷快速70.0HZ 收卷慢速10.0HZ

定位速度5.0HZ 儲(chǔ)料時(shí)間16.0秒

F0-00 1 、F0-01 1 、F0-04 80、F0-0.9 0.2、F0-10 0.2、F1-00 2.2、F1-01 400、F1-02 5。

3.5 輸入輸出設(shè)備及I/O分配圖

3.6 硬件接線圖

（1）PLC控制系統(tǒng)實(shí)物接線圖（見(jiàn)圖4）。

（2）PLC控制系統(tǒng)實(shí)物接線圖（見(jiàn)圖5）。

3.7 PLC控制梯形圖程序和指令表程序設(shè)計(jì)

隨著造紙、印刷方面的產(chǎn)業(yè)的成長(zhǎng)。有軸收卷加入了PLC控制后生產(chǎn)效率迅速地提高。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)自控的有軸幾乎能連續(xù)8小時(shí)不中斷地卷取，出錯(cuò)率底，由此可見(jiàn)自控給生產(chǎn)帶來(lái)的效率是值得認(rèn)可的。另外，提高卷形質(zhì)量是提高包裝質(zhì)量的重要前提條件。然而影響卷形的因素繁多，不僅是本身的質(zhì)量，比如：凸度異常、楔形、鐮刀彎、厚度偏差過(guò)大等對(duì)卷形有直接的影響，而且控制調(diào)整控制設(shè)定也直接影響著卷形質(zhì)量，這就對(duì)收卷控制提出了較高的要求，采用了PLC的有軸能做到收卷速度高、卷形質(zhì)量好，相信可以為用戶帶來(lái)更高的效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]電氣控制與可編程序控制器[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社.

[2]電工基礎(chǔ)[S].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社.

[3]PLC原理與應(yīng)用[M].清華大學(xué)出版社.

[4]電器控制及可編程控制器[M].北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社.

[5]變頻器調(diào)試控制原理及應(yīng)用[M].機(jī)械工業(yè)出版社.

作者簡(jiǎn)介：趙紅梅（1979-），女，四川人，本科，碩士，講師，高級(jí)技師，研究方向：電氣自動(dòng)化、控制工程。endprint