基于MX1H-1614M的全自動(dòng)斜條機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

王希軍 丁偉 周培培

摘 要：本文設(shè)計(jì)了一款以MX1H1614 PLC為控制器的全自動(dòng)斜條機(jī)，搭配步科ET070觸摸屏，各軸由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了布料的全自動(dòng)切割。該設(shè)計(jì)能極大的方便操作者，提高生產(chǎn)效率。該設(shè)計(jì)具有操作簡(jiǎn)便，高精度，高抗干擾等優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞：全自動(dòng)斜條機(jī);觸摸屏;PLC

前言

當(dāng)前服裝、鞋帽、床上用品等行業(yè)的所使用的布條都是采用斜條機(jī)來(lái)完成的，斜條機(jī)可以滿足各種規(guī)格的布條的加工需求。斜條機(jī)可按自動(dòng)化程度分為手動(dòng)、半自動(dòng)、全自動(dòng)。當(dāng)前手動(dòng)式已基本淘汰，還在生產(chǎn)的大多數(shù)為半自動(dòng)以及全自動(dòng)式。半自動(dòng)式斜條機(jī)由機(jī)器完成進(jìn)給動(dòng)作，由人工完成切割動(dòng)作，半自動(dòng)式斜條機(jī)的生產(chǎn)效率低，切割精度不高，安全系數(shù)低，并且對(duì)工人的技術(shù)熟練程度有一定要求，所以也在面臨逐漸淘汰的趨勢(shì)。全自動(dòng)式斜條機(jī)可以實(shí)現(xiàn)布料的全自動(dòng)切割，自動(dòng)化程度高，切割精度高，同時(shí)對(duì)人工的要求也相應(yīng)的降低。當(dāng)投入布料后可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人操作作業(yè)，一個(gè)工人可以同時(shí)操作數(shù)臺(tái)設(shè)備，當(dāng)前該種設(shè)備開(kāi)始逐漸占領(lǐng)市場(chǎng)。但是當(dāng)前市面上現(xiàn)有的全自動(dòng)斜條機(jī)多采用通用控制器，不是轉(zhuǎn)為該款設(shè)備設(shè)計(jì)的程序，工人在進(jìn)行作業(yè)時(shí)需要設(shè)置大量的參數(shù)，甚至有些需要簡(jiǎn)單編程，這樣對(duì)從業(yè)者的要求提高，同時(shí)也提高了設(shè)備生產(chǎn)廠家對(duì)客戶的培訓(xùn)成本，鑒于此，本文設(shè)計(jì)了一款操作簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，簡(jiǎn)便易學(xué)的斜條機(jī)設(shè)備。目前該設(shè)備已批量生產(chǎn)投放市場(chǎng)，市場(chǎng)反響良好。

一、系統(tǒng)組成以及工作原理

該系統(tǒng)主要由硬件系統(tǒng)以及軟件系統(tǒng)兩大部分構(gòu)成，系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)由這兩大部分相互作用配合完成。

其中硬件部分主要由：控制器，觸摸屏，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，以及位置傳感器、操作按鈕、開(kāi)關(guān)等構(gòu)成。

（一）控制器

控制器是該控制系統(tǒng)的核心部分，控制器必須穩(wěn)定可靠。由于前期投放市場(chǎng)的部分產(chǎn)品采用單片機(jī)控制，系統(tǒng)可靠性不高，返修率高。鑒于此，該設(shè)計(jì)采用低成本的MX1H–1614M PLC作為主控制器。這是麥科公司推出的一款小型控制器，外觀小巧，功能強(qiáng)大。程序容量12k步，指令速度0.084μs，綜和指令1K步/ms。多級(jí)密碼保護(hù)，所有主程序和子程序均可單獨(dú)加密;程序可綁定指定序列號(hào)的PLC，有效保護(hù)用戶的知識(shí)產(chǎn)權(quán)豐富的中斷源可滿足實(shí)時(shí)性很強(qiáng)的要求X0～X7上升沿下降沿中斷、高速計(jì)數(shù)器中斷、定時(shí)中斷、主電源失電中斷、PORT口中斷、PTO中斷、CAN0中斷、高速計(jì)數(shù)表格比較中斷。該控制器模塊有16路輸入，14路輸出，可以很好地滿足本設(shè)計(jì)需求。

（二）觸摸屏

觸摸屏作為人機(jī)交互的媒介，可以給操作者帶來(lái)極大的便利。本設(shè)計(jì)選用的步科的ET070觸摸屏，這是一款高性能的七寸工業(yè)觸摸屏，支持串口通訊，這樣就可以實(shí)現(xiàn)與PLC的通訊要求，穩(wěn)定可靠，抗干擾性強(qiáng)。

（三）步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)

步進(jìn)電機(jī)是本設(shè)備完成高精度作業(yè)的關(guān)鍵，在進(jìn)行選型時(shí)也經(jīng)歷了一些曲折。斜條機(jī)在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生一些布屑粉塵，這些粉塵難免會(huì)浸入附著到設(shè)備內(nèi)部，夏季濕度會(huì)高，這些粉塵會(huì)造成線路的短路，而最容易受這種故障危害的就是步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)高精度，高速的作業(yè)，步進(jìn)電機(jī)功率較大，相應(yīng)的工作電流點(diǎn)就大。在前期設(shè)計(jì)中由于步進(jìn)驅(qū)動(dòng)沒(méi)有短路保護(hù)，在夏季會(huì)出現(xiàn)設(shè)備返修率高，在后期的改進(jìn)中采用了帶有短路以及斷路保護(hù)功能的步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器，大大降低了設(shè)備的故障率。

（四）位置傳感器

位置傳感器是斜條機(jī)能安全，高精度的完成作業(yè)的重要保證。其中進(jìn)給軸由于動(dòng)作最為頻繁，采用非接觸電感式接近開(kāi)關(guān)CDJ10–I1A12AN，應(yīng)用非接觸式傳感器可以避免每次到位的機(jī)械撞擊，大大提高傳感器的使用壽命。為防止平移軸沖出左右限位，在平移軸兩側(cè)分別安裝了一個(gè)行程開(kāi)關(guān)，提高了設(shè)備的安全性能。

二、工作原理

該控制系統(tǒng)的控制核心為PLC，由PLC讀取各操作按鈕的狀態(tài)以及觸摸屏的各元件狀態(tài)，獲取用戶的操作動(dòng)作以及各種參數(shù)的數(shù)據(jù)設(shè)置，并實(shí)時(shí)掃描各位置傳感器的狀態(tài)，計(jì)算出各軸當(dāng)前狀態(tài)。該斜條機(jī)共有三個(gè)軸，分別為主軸，平移軸以及進(jìn)給軸。主軸驅(qū)動(dòng)布料實(shí)現(xiàn)圓周運(yùn)動(dòng)，由平移軸帶動(dòng)刀頭實(shí)現(xiàn)左右平移，來(lái)實(shí)現(xiàn)不同尺寸規(guī)格的布料的切割，進(jìn)進(jìn)給軸驅(qū)動(dòng)刀頭實(shí)現(xiàn)切割動(dòng)作，其中主軸采用異步電動(dòng)機(jī)，為提高切割精度以及切割質(zhì)量，平移軸以及進(jìn)給軸采用步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)由PLC控制器發(fā)出的脈沖進(jìn)行控制。

斜條機(jī)有兩種工作方式，一種為手動(dòng)，一種為自動(dòng)。當(dāng)處于手動(dòng)方式時(shí)，用戶可以手動(dòng)對(duì)主軸、平移軸、進(jìn)給軸操作，為方便用戶操作，手動(dòng)操作的按鈕采用了十字開(kāi)關(guān)，用戶可以通過(guò)操作十字開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)對(duì)斜條機(jī)的控制。當(dāng)用戶發(fā)出自動(dòng)操作后，斜條機(jī)開(kāi)始進(jìn)入自動(dòng)狀態(tài)，首先斜條機(jī)進(jìn)行初始化，各軸進(jìn)入初始位置，主軸啟動(dòng)，帶動(dòng)布料旋轉(zhuǎn)。平移軸開(kāi)始進(jìn)行設(shè)置尺寸的平移動(dòng)作，平移動(dòng)作完成之后進(jìn)給軸開(kāi)始動(dòng)作，帶動(dòng)刀頭進(jìn)行進(jìn)刀切割，進(jìn)給尺寸以及切割尺寸等參數(shù)由觸摸屏進(jìn)行設(shè)定。進(jìn)給完成之后完成切割動(dòng)作，開(kāi)始進(jìn)行退刀動(dòng)作，當(dāng)進(jìn)給軸退回到初始位置時(shí)該切割動(dòng)作完成，進(jìn)行下一切割動(dòng)作，如此往復(fù)。另外本設(shè)計(jì)還創(chuàng)造性的加入了自動(dòng)磨刀功能，在切割過(guò)程中刀片會(huì)有一定磨損鈍化，這樣會(huì)影響切割速度以及切割布料的質(zhì)量，系統(tǒng)會(huì)對(duì)切割的布料數(shù)量進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)切割次數(shù)達(dá)到設(shè)定數(shù)值后，斜條機(jī)自動(dòng)變換刀頭姿態(tài)，將刀頭后擺，接觸磨刀軸，由磨刀軸的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)磨刀電機(jī)進(jìn)行往復(fù)的磨刀操作，直到磨刀動(dòng)作完成開(kāi)始進(jìn)行下一切割任務(wù)。

三、結(jié)論

隨著人工成本的不斷提高，全自動(dòng)設(shè)備是生產(chǎn)機(jī)械發(fā)展的趨勢(shì)，本設(shè)計(jì)采用MX1H–1614 PLC實(shí)現(xiàn)了對(duì)全自動(dòng)斜條機(jī)的控制，該設(shè)計(jì)操作簡(jiǎn)便，簡(jiǎn)單易學(xué)，精確度高，高安全性以及可靠性。其成本低，適合市場(chǎng)推廣。經(jīng)過(guò)市場(chǎng)的考驗(yàn)得到了用戶的好評(píng)。

參考文獻(xiàn)

[1]劉濱，王璇，張冰.基于單片機(jī)的斜條機(jī)控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 微計(jì)算機(jī)信息，2007，23（32）：110–112.

[2]王璇.基于ARM的嵌入式斜條機(jī)控制器的研究[D].中國(guó)海洋大學(xué).