基于PLC的平面口罩外耳帶機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘?要：本文針對傳統(tǒng)口罩生產(chǎn)效率低、質(zhì)量不穩(wěn)定等問題，采用了一種基于PLC的平面口罩機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。采用信捷PLC和觸摸屏作為系統(tǒng)控制器和人機(jī)控制界面，可實(shí)時(shí)控制和顯示各環(huán)節(jié)的工作狀態(tài)，完成手動與自動模式之間的快速切換，同時(shí)采用伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)對口罩的精確移動和定位，利用耳帶發(fā)熱絲快速高效完成耳帶的剪斷。通過多次調(diào)試優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)對口罩生產(chǎn)速度的極大提升，同時(shí)可以極大地減少人員投入，降低生產(chǎn)成本。

關(guān)鍵詞：口罩機(jī);外耳帶;PLC;人機(jī)界面

Abstract：Aiming at the problems of low production efficiency and unstable quality of traditional masks，this paper adopted a design scheme of planar mask machine control system based on PLC.Used Xinjie PLC and touch screen as the system controller and man-machine control interface，the working state of each link can be controlled and displayed in real time，and the rapid switching between manual and automatic modes can be completed.At the same time，the servo motor is used to realize the accurate movement and positioning of the mask，and the ear belt heating wire is used to complete the ear belt cutting quickly and efficiently.Through multiple debugging and optimization，the mask production speed is greatly improved，and the personnel input can be greatly reduced and the production cost can be reduced.

Keywords：mask machine;external ear band;PLC;human-machine interface

1 緒論

近年來，隨著空氣污染日益嚴(yán)重，越來越多的人受到影響。醫(yī)用口罩用于保護(hù)鼻腔、口腔和呼吸道，防止傳染性疾病，是常用的醫(yī)療衛(wèi)生預(yù)防用品，口罩需求量激增[1]。2019年國內(nèi)口罩產(chǎn)量超過50億只。其中，可用于病毒防護(hù)的醫(yī)用口罩占比高達(dá)54%，2020全年我國口罩產(chǎn)值突破60億只[2]。

口罩生產(chǎn)企業(yè)急需一種高效、安全、控制簡單的口罩生產(chǎn)控制系統(tǒng)，加速生產(chǎn)滿足市場需求。生產(chǎn)口罩的控制系統(tǒng)可以由PLC來控制[3]，因而研究PLC相當(dāng)重要。本文主要從平面口罩機(jī)的控制系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)方面進(jìn)行研究，分析信捷可編程控制器的口罩機(jī)外耳帶控制系統(tǒng)構(gòu)成，確定控制方案，完成基于PLC控制的硬件設(shè)計(jì)與選型，軟件開發(fā)與調(diào)試[4-5]。

2 平面口罩外耳帶機(jī)控制結(jié)構(gòu)

2.1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

外耳帶控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括伺服輸送帶、耳帶上料機(jī)構(gòu)、耳帶熔接機(jī)構(gòu)、耳帶剪切機(jī)構(gòu)、耳帶折疊機(jī)構(gòu)、口罩碼垛機(jī)構(gòu)、成品下料輸送帶組成，如圖1所示。

控制設(shè)計(jì)要求工藝參數(shù)要求如下表所示。

控制系統(tǒng)應(yīng)選用基于PLC的全自動控制系統(tǒng)。PLC選擇信捷XD3-60RT-E型號，滿足IO點(diǎn)數(shù)和高速脈沖的輸出需求;模擬量輸入輸出模塊用于焊接溫度監(jiān)測和控制，選擇XD-E16YT;伺服電機(jī)用于對口罩主體進(jìn)行傳送的驅(qū)動，負(fù)載較小，驅(qū)動器選擇匯川ISMH1-75B30CB-U231Z，適配驅(qū)動器DS2-2OP7-AS;觸摸屏采用信捷TH465-MT/UT。溫度變送器選用上海榮華儀表廠生產(chǎn)的型號為RHSBWZ-230一體化溫度變送器，探頭長度為70，精度為0.1℃控制系統(tǒng)框圖如圖2所示。

2.2 控制系統(tǒng)控制電氣設(shè)計(jì)

在生產(chǎn)過程中，熔接時(shí)間因熔接材料和周圍環(huán)境而異，熔接時(shí)間按需要可調(diào)，在電氣設(shè)計(jì)時(shí)增加了兩個(gè)時(shí)間繼電器，需要熔接時(shí)，繼電器線圈得后傳送帶電機(jī)電，常開觸點(diǎn)吸合，開始熔接，達(dá)到設(shè)定時(shí)間，時(shí)間繼電器常開觸點(diǎn)斷開，熔接結(jié)束。

在生產(chǎn)過程中還需要將一定數(shù)量的成品口罩疊成一摞。在電氣設(shè)計(jì)中，使用一個(gè)計(jì)數(shù)器，記錄一摞中口罩的數(shù)量。當(dāng)口罩的數(shù)量達(dá)到設(shè)定值時(shí)，給PLC發(fā)信號，PLC控制后傳送帶旋轉(zhuǎn)一定角度，將口罩移開。計(jì)數(shù)器清零，重新計(jì)數(shù)。同時(shí)增加一個(gè)總計(jì)數(shù)器，記錄生產(chǎn)口罩的總數(shù)量。主要電氣線路如圖3所示。

3 平面口罩外耳帶機(jī)控制程序設(shè)計(jì)

3.1 外耳帶機(jī)整體控制流程

外耳帶機(jī)控制流程：口罩主體從上一道分片工序輸送到入料處，跟隨伺服輸送線前進(jìn);經(jīng)過耳帶熔接機(jī)構(gòu)，將耳帶熔接在口罩主體上;經(jīng)過耳帶折疊機(jī)構(gòu)，將耳帶向內(nèi)折疊;完成的口罩進(jìn)入碼垛機(jī)構(gòu)，然后每碼垛10個(gè)，放到下料輸送帶，再由人工取走?？刂瞥绦蛉鐖D4所示。

3.2 耳帶熔接程序設(shè)計(jì)

耳帶熔接機(jī)構(gòu)工作流程：輸送線將口罩主體輸送到口罩停止位;耳帶處理機(jī)構(gòu)，將耳帶放置在口罩兩端;壓緊機(jī)構(gòu)下壓;超聲波熔接機(jī)工作，將耳帶熔接在口罩上?？刂瞥绦蛉鐖D5所示。

3.3 耳帶折疊程序設(shè)計(jì)

口罩載具輸送口罩，經(jīng)過耳帶導(dǎo)流板時(shí)，將耳帶折起90°（口罩下壓輪的作用是防止在導(dǎo)流時(shí)，口罩被帶起來）;到達(dá)位置后，下壓氣缸往下，壓住口罩，然后耳帶翻折氣缸把耳帶向前推到口罩上，退回;熔接導(dǎo)柱下壓，壓住耳帶和口罩主體的接觸點(diǎn)，然后加熱。控制程序如圖6所示。

3.4 耳帶碼垛計(jì)數(shù)程序設(shè)計(jì)

載具輸送口罩到皮帶線上，輸送皮帶線將口罩帶到落料處;上方傳感器有計(jì)數(shù)功能，每累計(jì)10個(gè)，下壓氣缸往下，將10個(gè)口罩壓到下料輸送帶上，最后由人工將口罩取走?？刂瞥绦蛉鐖D7所示。

4 平面口罩外耳帶機(jī)人機(jī)界面設(shè)計(jì)

本監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控界面完成對耳帶機(jī)的數(shù)據(jù)記錄、邏輯畫面、參數(shù)設(shè)置、報(bào)警記錄等一列顯示功能。

自動操作界面主要用來完成當(dāng)前任務(wù)預(yù)期產(chǎn)量設(shè)定，當(dāng)前完成產(chǎn)量、效率的顯示，當(dāng)遇到設(shè)備常規(guī)故障時(shí)進(jìn)行復(fù)位操作，遇到緊急故障時(shí)緊急停止操作，以及設(shè)備故障信息的記錄與顯示，如圖8（a）所示。手動操作設(shè)置界面可以完成所有氣缸和電機(jī)的單獨(dú)控制，如圖8（b）所示。參數(shù)設(shè)置頁面可以設(shè)置耳帶機(jī)控制系統(tǒng)所有相關(guān)參數(shù)，包括超聲預(yù)焊時(shí)間、來料感應(yīng)時(shí)間、超聲焊接時(shí)間、熱壓壓料時(shí)間等，以及伺服電機(jī)相關(guān)參數(shù)，如圖8（c）所示。

5 總結(jié)

本文進(jìn)行了控制系統(tǒng)和程序設(shè)計(jì)，完成了輸送線、耳帶焊接、耳帶折疊、口罩碼垛計(jì)數(shù)的程序編寫，并根據(jù)具體功能要求，實(shí)現(xiàn)了基于觸摸屏的人機(jī)界面開發(fā)。完成平面口罩外耳帶機(jī)的控制系統(tǒng)調(diào)試與優(yōu)化，完成了輸送線的伺服控制單元的調(diào)試和參數(shù)優(yōu)化，以及氣動回路的優(yōu)化，通過調(diào)試優(yōu)化有效提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性，保證了口罩生產(chǎn)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭蘭芳，吳麗紅，曾鳳，熊高強(qiáng).基于PLC的平面口罩生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].工業(yè)儀表與自動化裝置，2021（04）：64-66+71.

[2]智研咨詢集團(tuán).2020-2026年中國醫(yī)用口罩行業(yè)市場運(yùn)行態(tài)勢及未來發(fā)展前景報(bào)告.中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)，2020.

[3]許冠.一種新型平面口罩全自動化生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].機(jī)電工程技術(shù)，2021，50（08）：66-69.

[4]賴厚安.全自動折疊型口罩機(jī)關(guān)鍵部件的分析與設(shè)計(jì)[J].包裝與食品機(jī)械，2021，39（01）：72-74.

[5]王麗莉，宋彬.全自動平面口罩機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].裝備制造技術(shù)，2020（11）：128-131.

基金項(xiàng)目：沙洲職業(yè)工學(xué)院青年教師科研基金項(xiàng)目（SGJJ2021A02）

作者簡介：阮殿旭（1983—?），男，漢族，江蘇興化人，博士，講師，教研室主任，研究方向：工業(yè)自動化及智能控制。