基于PLC的管材捆扎機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

劉丕孝 劉黎

摘要：管材包裝是一個管材制造的延續(xù)，必須保證完整的成品數(shù)量和運(yùn)輸途中管材產(chǎn)品質(zhì)量完好的措施和方法。然而打捆包裝是必要的，因?yàn)橥瓿晒懿漠a(chǎn)品制造生產(chǎn)的最后一到工序就是進(jìn)行打捆包裝。為了滿足國內(nèi)管材企業(yè)對提高產(chǎn)品包裝要求，我針對全自動管材打捆機(jī)做了以下研究，并取得了一些成果。這里管材捆扎主要以西門子的S7-200系列的PLC為核心做控制系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：捆扎機(jī);管材;PLC;控制系統(tǒng)

1引言

管材捆扎機(jī)課題是一個實(shí)用性很強(qiáng)且具有廣泛應(yīng)用前景的科研項(xiàng)目，集機(jī)械、電氣、氣動技術(shù)以及計(jì)算機(jī)自動化控制為一體的高技術(shù)設(shè)備。本設(shè)計(jì)綜合了管材捆扎機(jī)的可靠性、維修方便、以及操作簡單的要求，滿足工業(yè)化要求的可靠性[1]。管材捆扎機(jī)是在于前置裝置配套下使用，實(shí)現(xiàn)了無人工操作管理，在解放勞動力的同時還提高了生產(chǎn)效率，在國內(nèi)外市場上的到廣泛的應(yīng)用[2]。

2管材捆扎機(jī)控制系統(tǒng)的工作流程

管材捆扎機(jī)控制系統(tǒng)采用塑料薄膜作為捆扎材料，打捆過程使用環(huán)繞式纏繞的方式進(jìn)行捆扎作業(yè)，打捆機(jī)頭在電動機(jī)的驅(qū)動下，打捆機(jī)頭在導(dǎo)帶通路的給定路線內(nèi)對碼放好的管材進(jìn)行環(huán)繞式捆扎動作，蓄帶系統(tǒng)送帶，捆扎開始，捆扎完畢后，蓄帶系統(tǒng)收帶，收緊完畢后，裁刀裁切，裁切完畢后，以往工序復(fù)位，等待下一信號到來。管材捆扎機(jī)工作流程圖，如圖1所示。

3管材捆扎機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

3.1硬件選型

3.1.1主控制器的選型

考慮到所需I/O端口數(shù)量，因此采用西門子S7-200PLC的CPU226型號作為本設(shè)計(jì)的主控制器[3]。

3.1.2電動機(jī)的選型

參考專業(yè)書籍以及查閱想關(guān)資料，本設(shè)計(jì)采用的三相異步電動機(jī)型號為TCPS-7114250WB14[4]。

3.1.3感應(yīng)探測器的選型

結(jié)合工業(yè)化設(shè)備的使用要求，參考光電傳感器的參數(shù)性能，本設(shè)計(jì)選用對射式光電開關(guān)，結(jié)構(gòu)簡單，響應(yīng)時間短，安裝方便，型號為ST4Z-D60N，檢測距離為0-450mm。

4管材捆扎機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

4.1I/O端口分配

編寫PLC程序的前提就是要分配好I/O端口，也是現(xiàn)場接線安裝和調(diào)試的重要依據(jù)[5]。根據(jù)管材捆扎機(jī)控制系統(tǒng)的控制要求，完成I/O端口的分配，管材捆扎機(jī)控制系統(tǒng)的I/O端口分配表，如表1所示。

4.2程序設(shè)計(jì)

在此次設(shè)計(jì)過程中，使用V4.0STEP7MicroWINSP9軟件進(jìn)行編寫管材捆扎機(jī)控制系統(tǒng)的程序。

管材捆扎機(jī)控制系統(tǒng)的啟動和停止程序：管材捆扎機(jī)控制系統(tǒng)的啟動和停止程序，I0.0閉合，Q0.0得電，系統(tǒng)啟動，I0.1斷開，系統(tǒng)停止。

急停程序：急停程序，程序運(yùn)行過程中，I0.3閉合，Q0.1得電，系統(tǒng)停止。同理，Q0.6閉合，Q0.1得電，系統(tǒng)停止。I0.2斷開，Q0.1斷電，程序復(fù)位。

故障檢測程序：故障提示程序，程序運(yùn)行過程中，I1.2閉合，Q0.6得電，系統(tǒng)報(bào)警并停止，I1.3閉合，Q0.6得電，系統(tǒng)報(bào)警并停止。

纏繞帶檢測程序：捆扎材料有無提示程序，程序運(yùn)行時，I1.1斷開，Q0.2斷電，塑料膜有料。I1.1閉合，Q0.2得電，塑料膜無料報(bào)警，無法進(jìn)行捆扎作業(yè)。

送料程序：檢測捆扎作業(yè)是否可以進(jìn)行程序，程序運(yùn)行時，I0.4閉合，Q0.4得電，傳送帶啟動。

捆扎程序：捆扎程序，程序運(yùn)行時，當(dāng)確認(rèn)一切正常的情況下，I0.5閉合，I0.6閉合，Q0.5得電，纏繞機(jī)運(yùn)行，進(jìn)行捆扎作業(yè)。

捆扎完畢，裁切程序：裁切程序，程序運(yùn)行時，纏繞機(jī)停止工作后，Q0.5閉合，I1.0閉合Q0.3得電，開始進(jìn)行裁切。

裁切質(zhì)量保障程序：為了保證裁切質(zhì)量，Q0.3閉合，設(shè)定裁切三秒，并且裁切到給定位置。

裁刀復(fù)位程序：裁切完畢后，T37閉合，使裁刀復(fù)位。

5總結(jié)

高效、經(jīng)濟(jì)、節(jié)能、環(huán)保是本設(shè)計(jì)突出優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)管材的自動化包裝纏帶，節(jié)省了以往套膜、除膜、纏膜三道人工工序，極大提高了生產(chǎn)效率，節(jié)省了勞力成本，有效避免了材料浪費(fèi)，同時又減少了白色污染，從而提高了經(jīng)濟(jì)效率和社會效益。本設(shè)計(jì)側(cè)重于理論設(shè)計(jì)，缺少現(xiàn)場調(diào)試。要想真正達(dá)到工業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)要求，設(shè)計(jì)一個穩(wěn)定可靠、安全、操作簡單的系統(tǒng)還要考慮到更多的問題，必須結(jié)合現(xiàn)場的實(shí)際情況來確定。本設(shè)計(jì)的管材捆扎機(jī)控制系統(tǒng)還沒有達(dá)到真正的自動化，還需要很多新功能，最終解放勞動力，走向質(zhì)量與高效的全自動的生產(chǎn)控制。

參考文獻(xiàn)

[1]張磊.捆扎機(jī)學(xué)習(xí)與自適應(yīng)控制系統(tǒng)研析[J].工業(yè)C，2018，（10）：62-63.

[2]徐彩秀.PLC在機(jī)電一體化生產(chǎn)系統(tǒng)中的運(yùn)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2021， （8）：273.

[3]吳新友.基于西門子S7-200PLC實(shí)訓(xùn)裝置設(shè)計(jì)[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2021， （4）：186-187.

[4]黎文安.電氣設(shè)備手冊（第2版）[M].中國水利水電出版社，2016.

[5]劉太彪.PLC在電氣設(shè)備自動控制系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J]，居舍，2018， （2）：197.