基于PLC控制的筒紗自動(dòng)提升系統(tǒng)

山東大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院 陳紀(jì)旸 李金旭 秦 嶺山東省鄒城監(jiān)獄 孫 彬泰安康平納機(jī)械有限公司 曹寶偉

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基于PLC控制的筒紗自動(dòng)提升系統(tǒng)

山東大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院 陳紀(jì)旸 李金旭 秦 嶺
山東省鄒城監(jiān)獄 孫 彬
泰安康平納機(jī)械有限公司 曹寶偉

【摘要】為解決筒紗的自動(dòng)提升輸送問(wèn)題，研制了一種基于PLC定時(shí)器控制的筒紗的提升系統(tǒng)，詳細(xì)說(shuō)明了該系統(tǒng)的工作原理及框架設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了筒紗的自動(dòng)提升。

【關(guān)鍵詞】筒紗；提升系統(tǒng)；PLC定時(shí)器；三位五通電磁閥

0　引言

紡紗企業(yè)的最終產(chǎn)品是紗線，無(wú)論是何種紡紗方式其大多以筒子紗的形式出售。然而，紡紗企業(yè)中筒子紗的收集、輸送及包裝基本是由人工完成，人工勞動(dòng)強(qiáng)度大，并且用工量較大[1]。其中筒紗的自動(dòng)包裝機(jī)已經(jīng)有相關(guān)技術(shù)[2-3]，然而，筒紗的輸送成為急需解決的問(wèn)題，由于成本關(guān)系，主傳送帶式輸送方式成了大部分企業(yè)的選擇。鑒于企業(yè)車間空間有限，為了合理利用空間，需要將筒紗提升到架高的主傳送帶，以方便人工的行走。針對(duì)這種情況，我們研制了一種基于PLC定時(shí)器的用于將筒紗提升的控制系統(tǒng)。

氣壓傳動(dòng)作為一種易于推廣的應(yīng)用技術(shù)，其氣源相對(duì)容易獲得，環(huán)境污染較小，動(dòng)作頻率高，工作速率快，工程易于實(shí)現(xiàn)。隨著PLC的廣泛應(yīng)用以及自動(dòng)化技術(shù)的飛速發(fā)展，利用PLC定時(shí)器實(shí)現(xiàn)對(duì)提升機(jī)構(gòu)的自動(dòng)控制，是工業(yè)自動(dòng)化的一種重要技術(shù)實(shí)現(xiàn)手段，也是一種成本較低、大部分企業(yè)樂(lè)于接受的實(shí)現(xiàn)方式。

1　提升機(jī)的氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

提升機(jī)的氣動(dòng)系統(tǒng)工作原理如圖1所示。提升結(jié)構(gòu)工作方式如圖2所示。

提升機(jī)的功能是把絡(luò)筒機(jī)皮帶傳送至提升機(jī)垂直氣缸上連接的底板的筒紗提升到主傳輸帶上。

隨著氣動(dòng)技術(shù)在日常生活和工業(yè)中廣泛的應(yīng)用，電磁閥作為氣動(dòng)控制元件中主要的執(zhí)行元件被大量地使用。有三個(gè)工作位置、五個(gè)口的三位五通電磁閥也被大量的使用。三位是指電磁閥的閥芯有三個(gè)位置，三位電磁閥都是有兩個(gè)線圈的。暫且稱之為A和B線圈。A、B都不通電的時(shí)候閥芯是一個(gè)位置，A通電時(shí)閥芯會(huì)動(dòng)作，這是第二個(gè)位置，A斷電，B通電的時(shí)候閥芯的位置是第三個(gè)位置。五個(gè)口則是兩個(gè)排氣口，一個(gè)進(jìn)氣口和兩個(gè)出氣口。使用三位五通電磁閥可以實(shí)現(xiàn)讓氣缸在行程的過(guò)程途中停止下來(lái)[4]。由于本系統(tǒng)的垂直氣缸需要保持在B2位置，等待水平氣缸將筒紗推到主傳送帶上，并且水平氣缸需要保持在B4位置等待穩(wěn)定，筒紗進(jìn)入主傳送帶后水平氣缸返回，因此選用兩個(gè)三位五通電磁閥。

圖1　氣動(dòng)系統(tǒng)工作原理圖

圖2　提升結(jié)構(gòu)示意圖

初始時(shí)，各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)處于初始位置（垂直氣缸處于B1位置，水平氣缸處于B3位置），且筒紗已經(jīng)處于絡(luò)筒機(jī)收集皮帶上等待提升機(jī)提升，此后的先后順序?yàn)椋寒?dāng)裝在提升機(jī)上的光電傳感器穩(wěn)定的檢測(cè)到有筒紗存在→三位五通換向閥4的電磁鐵Y2通電→垂直氣缸1上升至B2位置，筒紗被提升→三位五通換向閥4的電磁鐵Y2斷電，垂直氣缸保持在B2位置，同時(shí)三位五通換向閥5的電磁鐵Y3通電→水平氣缸2推出至B4位置后，Y3斷電使氣缸保持在B4位置等待穩(wěn)定后，筒紗進(jìn)入主傳送帶→三位五通換向閥4的電磁鐵Y1通電，垂直氣缸下降，同時(shí)三位五通換向閥5的電磁鐵Y4通電，水平氣缸返回→三位五通換向閥5的電磁鐵Y4斷電，水平氣缸返回初始位置后一段時(shí)間后，Y1斷電垂直氣缸下降至初始位置。

2　提升機(jī)的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1PLC的選型

可編程序控制器（PLC）從廣義上來(lái)說(shuō)也是一種計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，盡管其結(jié)構(gòu)種類繁多，但其組成的一般原理基本相同，都是按控制功能要求，通過(guò)程序按一定算法進(jìn)行輸入/輸出變換，并將變換給以物理實(shí)現(xiàn)，并應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。實(shí)際上可編程控制器就是一種新型的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)[5]。

采用以PLC為核心的控制裝置在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，其選型與軟件程序的設(shè)計(jì)是其中的兩個(gè)關(guān)鍵所在。正確、合理的選用PLC尤為重要，它涉及整個(gè)PLC控制系統(tǒng)的配置、程序設(shè)計(jì)和控制要求的實(shí)現(xiàn)[6]。

本提升機(jī)控制系統(tǒng)共有輸入信號(hào)6個(gè)，其中按鈕3個(gè)，光電開(kāi)關(guān)1個(gè)，行程開(kāi)關(guān)2個(gè)；共有輸出信號(hào)5個(gè)，其中三位五通電磁閥4個(gè)，指示燈1個(gè)。選擇西門子S7-200CNCPU222CN型主機(jī)，共有8個(gè)輸入點(diǎn)、6個(gè)輸出點(diǎn),滿足要求之外,還能留有一定的余量。

2.2電氣控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

由于垂直氣缸上連接的底板有一定的厚度，底板本身隨著垂直氣缸上升、下降的過(guò)程中可能會(huì)使光電傳感器產(chǎn)生一瞬間的信號(hào)，造成干擾，為了避免這種情況的出現(xiàn)，只有當(dāng)光電傳感器的接收信號(hào)時(shí)間達(dá)到500ms時(shí)，視為信號(hào)穩(wěn)定，即有筒紗落在底板上等待提升機(jī)提升，視為有效信號(hào)。然后垂直氣缸提升至B2處后觸發(fā)行程開(kāi)關(guān)，水平氣缸推出至B4處后觸發(fā)行程開(kāi)關(guān)后開(kāi)始計(jì)時(shí)，同時(shí)垂直氣缸開(kāi)始下降一段時(shí)間后停在初始位置，計(jì)時(shí)時(shí)間到后水平氣缸返回。

考慮到氣壓傳動(dòng)工作速度快，動(dòng)作頻率高，氣缸在動(dòng)作時(shí)由于慣性不會(huì)精確的停在某一個(gè)位置，因此采用PLC中的延時(shí)接通定時(shí)器來(lái)實(shí)現(xiàn)控制氣缸的初始位置，定時(shí)器主要用于控制系統(tǒng)中的延時(shí)操作。定時(shí)器主要用于控制系統(tǒng)的延時(shí)操作，PLC的定時(shí)器類似于繼電器控制系統(tǒng)中的時(shí)間繼電器，但PLC中的定時(shí)器使用靈活,尤其在對(duì)繼電器控制系統(tǒng)進(jìn)行PLC改造時(shí)，定時(shí)器以其靈活多樣的應(yīng)用發(fā)揮了重要的作用[7]。

提升機(jī)的電氣控制系統(tǒng)屬單機(jī)控制，輸入輸出均為開(kāi)關(guān)量。該控制系統(tǒng)中光電開(kāi)關(guān)、開(kāi)始按鈕的輸入觸發(fā)信號(hào)采用常開(kāi)觸點(diǎn)接法，停止按鈕、急停按鈕的觸發(fā)信號(hào)采用常閉觸點(diǎn)接法，所需的24V直流電源與輸出負(fù)載中的所有直流電磁換向閥、指示燈均由開(kāi)關(guān)電源提供。

2.3電氣控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

輸入輸出點(diǎn)分配表如表1所示。

表1　輸入輸出點(diǎn)分配表

圖3　提升機(jī)部分程序梯形圖

提升機(jī)的電氣控制的控制過(guò)程是典型的順序控制，順序控制系統(tǒng)是幾個(gè)清晰的步驟推進(jìn)過(guò)程,從前一步到下一步的切換要看每一步的可執(zhí)行條件[8]。當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕，光電開(kāi)關(guān)能夠檢測(cè)到筒紗存在后開(kāi)始計(jì)時(shí)，當(dāng)?shù)竭_(dá)500ms后，輸出信號(hào)，提升機(jī)便開(kāi)始自動(dòng)循環(huán)的工作過(guò)程。經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，利用延時(shí)接通定時(shí)器來(lái)控制提升機(jī)，能夠取得很好的效果。

根據(jù)工藝流程圖，很容易得到梯形圖程序。其控制程序梯形圖如圖3所示。

3　結(jié)束語(yǔ)

本設(shè)計(jì)系統(tǒng)已成功使用在某紡紗企業(yè)的自動(dòng)運(yùn)輸系統(tǒng)中，整個(gè)系統(tǒng)接線簡(jiǎn)單，能提高控制的可靠性和精度，減少日常維護(hù)量，提高設(shè)備的自動(dòng)化水平和生產(chǎn)效率，減輕筒紗運(yùn)輸工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

參考文獻(xiàn)

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陳紀(jì)旸（1991—），男，碩士研究生，現(xiàn)就讀于山東大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院，主要研究方向?yàn)镈CS、SCADA與工業(yè)自動(dòng)化。

作者簡(jiǎn)介：