基于PLC和觸摸屏的皮革覆膜機控制系統(tǒng)

喬鵬

摘要

許多皮革生產(chǎn)企業(yè)，仍然還在使用以工控器和直流組成的控制系統(tǒng)，其覆膜的精度雖能符合基本要求，但通常不是太高。隨著社會的進步與發(fā)展，原來的控制系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足客戶對產(chǎn)品更高的要求，因而提高自身產(chǎn)品的科技含量顯得非常重要。由于皮革自身的特點，在覆膜過程中，其張力難以控制，容易產(chǎn)生氣泡、脫層等不可克服的問題。改進的皮革覆膜機控制核心由PLC和觸摸屏組成，利用伺服電機驅(qū)動系統(tǒng)，張力傳感器控制張力，溫度傳感器控制溫度，自動化程度比以往有大大的提升，有效地提高了工作效率、控制精度、張力大小、溫度高低。

【關(guān)鍵詞】皮革覆膜機 PLC 觸摸屏 自動化傳感器

許多皮革生產(chǎn)企業(yè)，仍然還在使用以工控器和直流組成的控制系統(tǒng)，其覆膜的精度雖能符合基本要求，但通常不是太高。隨著社會的進步與發(fā)展，原來的控制系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足客戶對產(chǎn)品更高的要求，因而提高自身產(chǎn)品的科技含量顯得非常重要。本文介紹的高精度皮革覆膜機控制系統(tǒng)，電機運轉(zhuǎn)速度由伺服電機控制，皮革的長度由PLC結(jié)合編碼器控制，鏡面輥表面溫度由自動溫度控制系統(tǒng)精確控制，張力傳感器實時反饋張力情況，當(dāng)覆膜實際長度等于設(shè)定值時，電機停止運轉(zhuǎn)，覆膜完成，人機界面上顯示覆膜的速度及累計的覆膜長度等參數(shù)。

1 皮革覆膜機的概述

1.1 覆膜的過程

皮革覆膜就是將皮革與涂上粘合劑的塑料薄膜，經(jīng)加壓、加熱后粘合在一起，生產(chǎn)出皮塑一體的產(chǎn)品。覆膜以后大大提高了皮革的光澤度和堅固度，使皮革的顏色更鮮亮，具有一定的立體感，同時還能夠起到耐折、耐磨、耐腐蝕、防污、防水、易清理等特點。皮革覆膜，在加熱加壓進行復(fù)合的時候，粘合劑需要均勻地敷于薄膜表面，經(jīng)過干燥裝置干燥后，再進行熱壓復(fù)合，最后生產(chǎn)出皮塑一體的產(chǎn)品。

1.2 覆膜機熱壓合的方式

覆膜機熱壓合的方·所示熱壓合部分是覆膜的核心所在，直接關(guān)系到覆膜皮革的粘結(jié)穩(wěn)固度。熱壓合工作原理是由于粘合劑在融熔狀態(tài)時能夠快速浸潤及滲入皮革表層，獲得穩(wěn)固的結(jié)界層。熱壓區(qū)域由一組輥筒組合而成，熱壓輥為金屬輥筒，內(nèi)裝電加熱管，通過系統(tǒng)自動控制溫度，輥筒壓力通過間隙調(diào)節(jié)。

1.3 覆膜機的結(jié)構(gòu)

皮革覆膜機主要由薄膜放卷、皮革輸入、熱壓區(qū)、收卷四個部分組成，還包括機械傳動裝置、控制系統(tǒng)等裝置。其中熱壓區(qū)部分為覆膜機的核心部分，包括一對復(fù)合輥組。復(fù)合輥組是由可加熱的壓力輥、無加熱的壓力輥組成。熱壓力輥經(jīng)精磨、拋光處理，內(nèi)部為空心狀態(tài)，其中裝有加熱管，溫度控制由溫度傳感器采樣、并隨時校正。

2 覆膜機的系統(tǒng)要求

機器在工藝控制上要求具備手動和自動功能，在手動運行的功能下下可以調(diào)整電機前進以及后退，自動功能下整機可以自動運行;

覆膜的寬度可以調(diào)整，從100mm-2000mm不等;

覆膜的厚度為10-20um，膠層厚度為5-20um，同時可以根據(jù)皮革自身厚薄誤差進行分別調(diào)節(jié);

放卷裝置和收卷裝置的速度可以設(shè)定;

覆膜機的預(yù)設(shè)長度、長度實測值、張力情況能夠?qū)崟r的顯示，覆膜機的松緊度可以實時調(diào)整。為了簡化操作人員操作，必須采用友好易讀的人機界面，容易設(shè)定觀測參數(shù)，有效方便地控制設(shè)備，監(jiān)視設(shè)備的運行過程。

3 覆膜機的主控方式選型

數(shù)控系統(tǒng)。專業(yè)的數(shù)控系統(tǒng)具備很多優(yōu)點包括程序易修改，復(fù)雜的運動控制精確性高，但最大的缺點是價格太貴，同時對操作人員技能要求的要求較高，而本系統(tǒng)的皮革覆膜機控制程序簡單，控制程序無需經(jīng)常改變，所以本設(shè)備不適合選用數(shù)控系統(tǒng)。

運動控制卡，運動控制卡需結(jié)合計算機實現(xiàn)控制功能，硬件成本相對較低，但是控制精確性偏弱，同時對計算機的依賴性過高，穩(wěn)定性存在隱患。另外，計算機便捷性較差，不適合本設(shè)備的使用。

PLC+觸屏，本方案面向工業(yè)環(huán)境，穩(wěn)定性高，體積大小適合，價格便宜。程序采用LAD梯形圖語言，程序幾乎無需維護。

比較而言：選擇PLC+觸屏方案。

4 硬件配置

4.1 張力檢測裝置

張力傳感器和設(shè)備的貼合非常的緊密。一般使用成對的張力傳感器，分別安裝于檢測導(dǎo)輥的兩側(cè)，當(dāng)料帶被施加負載時，張力傳感器當(dāng)中的敏感元件會產(chǎn)生變形位移，通過位移量的大小檢測出實際張力值，并轉(zhuǎn)換成張力信號反饋給控制器，實現(xiàn)張力閉環(huán)控制。張力傳感器的類型較多，經(jīng)常采用的有板簧式微位移張力傳感器、應(yīng)變電阻片張力傳感器和壓磁式張力傳感器。

根據(jù)設(shè)備的特點，采用超薄式張力傳感器，該傳感器具有如下優(yōu)點：內(nèi)置軸承，防塵防腐蝕設(shè)計，安裝方便，輸出信號響應(yīng)快、線性好等特點

4.2 溫度檢測裝置

采用溫度傳感器采集溫度，覆膜機工作時，覆膜輥在不斷地運動，這就導(dǎo)致測溫點快速變化，考慮溫度傳感器的操作方法、工作特點、價格優(yōu)勢等，結(jié)合覆膜機工作方式，選用非接觸式的紅外測溫傳感器，其優(yōu)點為：無接觸可測問，響應(yīng)快，不受摩擦干擾等。

4.3 收、放卷設(shè)備

放卷設(shè)備是將一定直徑的卷材按設(shè)定的運動方式放開。由于放卷過程中卷材的半徑越來越小，轉(zhuǎn)速可能越來越快，導(dǎo)致張力變小，因此在放卷設(shè)備上需安裝制動設(shè)備。

同理，收卷設(shè)備隨著卷材的卷繞，半徑越來越大，導(dǎo)致張力變大，從而使得產(chǎn)品厚度變小，不均勻，甚至斷裂;可以用旋轉(zhuǎn)編碼器和高速計數(shù)器來檢測長度信號，根據(jù)長度值，用PLC的開關(guān)量改變調(diào)壓器的電壓，以此調(diào)節(jié)卷取時張力。

4.4 伺服驅(qū)動系統(tǒng)

由于伺服的響應(yīng)速度遠遠大于變頻器，而且系統(tǒng)對速度的精度和響應(yīng)要求很高，所以采用伺服控制。伺服驅(qū)動系統(tǒng)采用“脈沖+方向”控制模式，速度控制從PLC控制模塊的高速脈沖輸出口輸出，控制伺服驅(qū)動器的速度和方向。優(yōu)點如下：運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，不會產(chǎn)生振動;精度高;響應(yīng)快，加減速時間短;過載能力強;控制更可靠。

4.5 PLC配置

復(fù)膜機控制系統(tǒng)是對多個模擬量的閉環(huán)控制，因此對PLC的運算速度、可靠性要求極高，為此選用西門子S7-300系列PLC。S7-300 PLC具有強大的PID控制功能，編程簡單，易實現(xiàn)PID閉環(huán)控制。S7-300 PLC的CPU模塊都有一個MPI（多點接口）接口，易于實現(xiàn)與計算機的接口通信。

4.6 人機界面

通過復(fù)膜機控制系統(tǒng)要求控制的參數(shù)可知，人機界面即觸摸屏需要具有較大尺寸和響應(yīng)速度。由于本系統(tǒng)PLC選用的是S7-300型號，因此觸摸屏也選用西門子的產(chǎn)品，西門子的觸摸屏有以下優(yōu)點：功能強、可靠高、易于實現(xiàn)觸摸屏和S7-300之間的通信、可進行模擬調(diào)試。本系統(tǒng)觸摸屏采用西門子TP270系列，屏幕尺寸10.4英寸，256色液晶，1個CF卡插槽、兩個RS-232接口、一個RS-422/485接口，可以通過USB、RS-232串口連接打印機。

主畫面如圖1所示，系統(tǒng)運行時顯示該畫面，包含系統(tǒng)主要的信息，主要有實時速度、實時溫度、緊急停止、張力報警、長度設(shè)定等，該畫面用于顯示最重要的工藝參數(shù)并可實時控制。

4.7 覆膜機的控制系統(tǒng)示意圖

如圖2所示。

5 軟件設(shè)計

覆膜機運行時，首先由PLC對系統(tǒng)進行初始化，檢測CPU，存儲器以及各I/O端口等狀態(tài)，進行系統(tǒng)自檢測，確認系統(tǒng)各部分是否正常;循環(huán)掃描輸入端口信號，執(zhí)行參數(shù)的設(shè)定，開始運行。

5.1 PLC主要輸入輸出接口

自動手動按鈕;自動運行開始;伺服故障輸入;伺服電機;燙壓機運行信號等。

5.2 軟件系統(tǒng)功能圖

如圖3所示。

6 結(jié)語

設(shè)備試制成功后經(jīng)廠家使用，控制系統(tǒng)的性能非常穩(wěn)定可靠，抗干擾能力較強，達到廠家要求的主要性能指標(biāo)。新增加的人機界面功能，為方面操作以及掌握產(chǎn)品的信息提供了幫助。但與傳統(tǒng)的覆膜機比較設(shè)備的成本有所提高。

參考文獻

[1]王一凡.基于DSP的漿染聯(lián)合機收卷張力控制的改造[D].蘇州大學(xué)，2008.

[2]龍昌宇.覆膜機電氣控制系統(tǒng)改造的研究[D].重慶大學(xué)，2007.

[3]張積洪，趙海洋，趙海龍.基于PLC和觸摸屏的高精度皮革壓花機控制系統(tǒng)[J].機械設(shè)計，2009：50.

[4]周建中，項余建，王隆太.基于PLC和觸摸屏的皮革真空千燥機控制系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)[J].機電工程技術(shù)，2009（07）：15：78.

[5]周建中，項余建，王隆太.可實時監(jiān)控的皮革真空干燥機控制系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)[J].制造業(yè)自動化，2009（10）25：65.