基于PLC和觸摸屏的不銹鋼管定長切割控制系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)

摘要：針對不銹鋼管制管過程中，制管和剪切機(jī)構(gòu)的工作特點(diǎn)和工作原理，研制了基于PLC和觸摸屏的自動定長、切割和統(tǒng)計(jì)的控制系統(tǒng)。針對制管切割控制系統(tǒng)的要求，給出了系統(tǒng)的控制方案，詳細(xì)闡述了PLC、旋轉(zhuǎn)編碼器、觸摸屏等硬件和軟件的設(shè)計(jì)。最后通過現(xiàn)場實(shí)際調(diào)試和生產(chǎn)運(yùn)行，證明該設(shè)備完全達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，極大地提高了生產(chǎn)效率。系統(tǒng)操作界面設(shè)計(jì)簡單，工藝員和普通的操作工人經(jīng)過較短時間的培訓(xùn)就可以熟悉系統(tǒng)的使用。

關(guān)鍵詞：PLC;觸摸屏;定長切割

中圖分類號：TP391.41 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）11-0026-02

不銹鋼鋼管是一種中空的長條圓形鋼材，主要廣泛用于醫(yī)療、食品、輕工等;另外也廣泛用于制造機(jī)械零件和工程結(jié)構(gòu);也常用作家具廚具等。因此其產(chǎn)量和消費(fèi)都在迅速增長。管子定長切割加工在不銹鋼鋼管材生產(chǎn)中是不可缺少的生產(chǎn)流程。以前設(shè)備定長主要采用的是行程開關(guān)或光電開關(guān)控制，這種控制方式存在很多缺點(diǎn)，如長度要求改變時，就要移動行程開關(guān)或光電開關(guān)的安裝位置;另外加工的精度也不高。為了保證切割精度、產(chǎn)品質(zhì)量和提高生產(chǎn)效率有必要研究新型的現(xiàn)代切割技術(shù)。

本設(shè)計(jì)以PLC作為控制器，采用變頻器調(diào)節(jié)鋼管的進(jìn)給速度，利用PLC的高速計(jì)數(shù)器和旋轉(zhuǎn)編碼器實(shí)現(xiàn)鋼管長度檢測。利用組態(tài)軟件設(shè)計(jì)操作和顯示人機(jī)界面。通過人機(jī)界面既可以操作控制系統(tǒng)，又可以隨意修改鋼管長度，統(tǒng)計(jì)鋼管生產(chǎn)量、鋼管生產(chǎn)進(jìn)度等。該控制系統(tǒng)現(xiàn)以投廠使用。實(shí)踐證明該系統(tǒng)完全達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，極大地提高了生產(chǎn)效率。

1 不銹鋼鋼管切割組成與工作原理

不銹鋼管切割系統(tǒng)與制管連接，它主要由制管機(jī)進(jìn)給部分、工作臺、切割進(jìn)給機(jī)構(gòu)、切割夾緊機(jī)構(gòu)和自動放料機(jī)構(gòu)等主成。由主電機(jī)和切割電機(jī)兩臺電機(jī)組成，夾緊和其它動作由液壓系統(tǒng)完成。主電機(jī)控制鋼管的進(jìn)給，采用變頻調(diào)速，能夠進(jìn)行啟動，停止，加速，減速的控制。主電機(jī)的控制可以采用外部開關(guān)控制，也可以采用觸摸屏控制。切割程序控制分自動、手動和后備切割三種。進(jìn)入切割程序時先夾緊工件，再接通切割電機(jī)和切割電磁閥實(shí)現(xiàn)不銹鋼管的切割，切割完成后還設(shè)置自動放料裝置。

2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的硬件是該不銹鋼鋼管切割控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，根據(jù)該設(shè)備的工藝特點(diǎn)，設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)主要由PLC、觸摸屏、變頻器、接觸器、電動機(jī)、中間繼電器等多個部分組成[1]。采用的控制器型號是FX2N-48MR的可編程邏輯器件，同時也可以根據(jù)生產(chǎn)條件，選用其他品牌或型號的PLC替換。變頻器選用普傳公司小功率變頻器。設(shè)定變頻器的參數(shù)是外部端子啟動控制模式和模擬量控制頻率的相關(guān)參數(shù)，頻率根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行調(diào)節(jié)[2]。

為了提高PLC控制系統(tǒng)的可靠性，在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的時候，PLC的輸出直接控制的是中間繼電器線圈，通過中間繼電器的觸點(diǎn)再來控制變頻器、電動機(jī)和液壓換向閥的電磁鐵。系統(tǒng)控制的三相異步電動機(jī)主要有兩臺，一臺送料控制的主電機(jī)，采用三相異步電動機(jī)，因要進(jìn)行調(diào)速，所以采用變頻器控制方式。另外一臺是切割電機(jī)，采用的是電動機(jī)的直接啟動控制方式。電動機(jī)的主電路設(shè)計(jì)如圖1所示。

PLC作為定長切割機(jī)控制中心保證定長切割的精度。管料的壓緊由液壓缸驅(qū)動。送料機(jī)構(gòu)使用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動，采用增量式編碼器和PLC的高速計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)定長送料的精度。通過行程開關(guān)實(shí)現(xiàn)對各運(yùn)動機(jī)構(gòu)的行程控制。通過上位機(jī)實(shí)現(xiàn)參數(shù)輸入和對系統(tǒng)的各種操作命令輸入[3]。系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)框圖如圖2所示。本設(shè)計(jì)需要14個數(shù)字量輸入、6個數(shù)字量輸出。PLC的I/O接線圖如圖3所示。

2.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

PLC的軟件采用三菱GX-Developer-8.3的軟件編寫梯形圖的程序。PLC控制軟件的設(shè)計(jì)是整個控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心部分，根據(jù)不銹鋼管切割的控制和工藝要求，設(shè)計(jì)的程序包括主程序和一個切割子程序，主程序工作流程如圖4所示。

觸摸屏的界面設(shè)計(jì)，采用昆侖通態(tài)的MCGS嵌入版7.7，監(jiān)控界面包括屏控主電機(jī)的正反轉(zhuǎn)啟動和停止，產(chǎn)量的計(jì)數(shù)、清除、產(chǎn)品長度的設(shè)定和產(chǎn)品當(dāng)前長度的顯示等。不銹鋼鋼管定長切割的系統(tǒng)工作過程可通過動畫顯示，反映現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行情況，方便、直觀。不銹鋼鋼管定長切割系統(tǒng)的監(jiān)控界面如圖5所示。

3 結(jié)語

本設(shè)計(jì)已經(jīng)正式用于多個不銹鋼生產(chǎn)產(chǎn)家，根據(jù)實(shí)踐生產(chǎn)的驗(yàn)證，基于觸摸屏、PLC和變頻器的不銹鋼鋼管定長切割系統(tǒng)提高了生產(chǎn)的自動化程度和速度，減輕了工人的勞動強(qiáng)度，節(jié)約了人力資源，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。

參考文獻(xiàn)

[1]江德松.基于PLC的玻璃杯自動切割機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].西昌學(xué)院學(xué)報(bào)，2016（3）：37-39.

[2]陳經(jīng)艷.基于PLC和變頻器的選礦毛毯機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2017（3）：12-13.

[3]田麗欣，江培蕾.基于MCGS和PLC的定長切割機(jī)控制系統(tǒng)研究[J].沿海企業(yè)與科技，2015（1）：19-21.

Research and Implementation of Stainless Steel Pipe Length Cutting Control System Based on PLC and Touch Screen

CHEN Jing-yan

（Modern Equipment Manufacturing College ，Chenzhou Vocational Technical College， Chenzhou? Hunan? 423000）

Abstract：The control system of automatic length， cutting and statistics based on PLC and touch screen is developed according to the working characteristics and principle of pipe making and shear mechanism in stainless steel control tube. According to the requirements of the pipe cutting control system， the control scheme of the system is given， and the hardware and software design such as PLC， rotary encoder， touch screen are elaborated in detail. Finally， through the actual debugging and production operation， it is proved that the equipment fully meets the design requirements and greatly improves the production efficiency. The system interface is simple to design， and craftsmen and ordinary operators can be familiar with the use of the system after a short period of training.

Key words：PLC;touch screen; fixed length cutting