山東大學控制科學與工程學院 陳紀旸 李金旭 秦 嶺山東省鄒城監(jiān)獄 孫 彬泰安康平納機械有限公司 曹寶偉

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基于PLC控制的筒紗自動提升系統(tǒng)

山東大學控制科學與工程學院 陳紀旸 李金旭 秦 嶺
山東省鄒城監(jiān)獄 孫 彬
泰安康平納機械有限公司 曹寶偉

【摘要】為解決筒紗的自動提升輸送問題，研制了一種基于PLC定時器控制的筒紗的提升系統(tǒng)，詳細說明了該系統(tǒng)的工作原理及框架設計，實現(xiàn)了筒紗的自動提升。

【關鍵詞】筒紗；提升系統(tǒng)；PLC定時器；三位五通電磁閥

0　引言

紡紗企業(yè)的最終產(chǎn)品是紗線，無論是何種紡紗方式其大多以筒子紗的形式出售。然而，紡紗企業(yè)中筒子紗的收集、輸送及包裝基本是由人工完成，人工勞動強度大，并且用工量較大[1]。其中筒紗的自動包裝機已經(jīng)有相關技術(shù)[2-3]，然而，筒紗的輸送成為急需解決的問題，由于成本關系，主傳送帶式輸送方式成了大部分企業(yè)的選擇。鑒于企業(yè)車間空間有限，為了合理利用空間，需要將筒紗提升到架高的主傳送帶，以方便人工的行走。針對這種情況，我們研制了一種基于PLC定時器的用于將筒紗提升的控制系統(tǒng)。

氣壓傳動作為一種易于推廣的應用技術(shù)，其氣源相對容易獲得，環(huán)境污染較小，動作頻率高，工作速率快，工程易于實現(xiàn)。隨著PLC的廣泛應用以及自動化技術(shù)的飛速發(fā)展，利用PLC定時器實現(xiàn)對提升機構(gòu)的自動控制，是工業(yè)自動化的一種重要技術(shù)實現(xiàn)手段，也是一種成本較低、大部分企業(yè)樂于接受的實現(xiàn)方式。

1　提升機的氣動系統(tǒng)設計

提升機的氣動系統(tǒng)工作原理如圖1所示。提升結(jié)構(gòu)工作方式如圖2所示。

提升機的功能是把絡筒機皮帶傳送至提升機垂直氣缸上連接的底板的筒紗提升到主傳輸帶上。

隨著氣動技術(shù)在日常生活和工業(yè)中廣泛的應用，電磁閥作為氣動控制元件中主要的執(zhí)行元件被大量地使用。有三個工作位置、五個口的三位五通電磁閥也被大量的使用。三位是指電磁閥的閥芯有三個位置，三位電磁閥都是有兩個線圈的。暫且稱之為A和B線圈。A、B都不通電的時候閥芯是一個位置，A通電時閥芯會動作，這是第二個位置，A斷電，B通電的時候閥芯的位置是第三個位置。五個口則是兩個排氣口，一個進氣口和兩個出氣口。使用三位五通電磁閥可以實現(xiàn)讓氣缸在行程的過程途中停止下來[4]。由于本系統(tǒng)的垂直氣缸需要保持在B2位置，等待水平氣缸將筒紗推到主傳送帶上，并且水平氣缸需要保持在B4位置等待穩(wěn)定，筒紗進入主傳送帶后水平氣缸返回，因此選用兩個三位五通電磁閥。

圖1　氣動系統(tǒng)工作原理圖

圖2　提升結(jié)構(gòu)示意圖

初始時，各個執(zhí)行機構(gòu)處于初始位置（垂直氣缸處于B1位置，水平氣缸處于B3位置），且筒紗已經(jīng)處于絡筒機收集皮帶上等待提升機提升，此后的先后順序為：當裝在提升機上的光電傳感器穩(wěn)定的檢測到有筒紗存在→三位五通換向閥4的電磁鐵Y2通電→垂直氣缸1上升至B2位置，筒紗被提升→三位五通換向閥4的電磁鐵Y2斷電，垂直氣缸保持在B2位置，同時三位五通換向閥5的電磁鐵Y3通電→水平氣缸2推出至B4位置后，Y3斷電使氣缸保持在B4位置等待穩(wěn)定后，筒紗進入主傳送帶→三位五通換向閥4的電磁鐵Y1通電，垂直氣缸下降，同時三位五通換向閥5的電磁鐵Y4通電，水平氣缸返回→三位五通換向閥5的電磁鐵Y4斷電，水平氣缸返回初始位置后一段時間后，Y1斷電垂直氣缸下降至初始位置。

2　提升機的電氣控制系統(tǒng)設計

2.1PLC的選型

可編程序控制器（PLC）從廣義上來說也是一種計算機控制系統(tǒng)，盡管其結(jié)構(gòu)種類繁多，但其組成的一般原理基本相同，都是按控制功能要求，通過程序按一定算法進行輸入/輸出變換，并將變換給以物理實現(xiàn)，并應用于工業(yè)現(xiàn)場。實際上可編程控制器就是一種新型的工業(yè)控制計算機[5]。

采用以PLC為核心的控制裝置在系統(tǒng)設計中，其選型與軟件程序的設計是其中的兩個關鍵所在。正確、合理的選用PLC尤為重要，它涉及整個PLC控制系統(tǒng)的配置、程序設計和控制要求的實現(xiàn)[6]。

本提升機控制系統(tǒng)共有輸入信號6個，其中按鈕3個，光電開關1個，行程開關2個；共有輸出信號5個，其中三位五通電磁閥4個，指示燈1個。選擇西門子S7-200CNCPU222CN型主機，共有8個輸入點、6個輸出點,滿足要求之外,還能留有一定的余量。

2.2電氣控制系統(tǒng)硬件設計

由于垂直氣缸上連接的底板有一定的厚度，底板本身隨著垂直氣缸上升、下降的過程中可能會使光電傳感器產(chǎn)生一瞬間的信號，造成干擾，為了避免這種情況的出現(xiàn)，只有當光電傳感器的接收信號時間達到500ms時，視為信號穩(wěn)定，即有筒紗落在底板上等待提升機提升，視為有效信號。然后垂直氣缸提升至B2處后觸發(fā)行程開關，水平氣缸推出至B4處后觸發(fā)行程開關后開始計時，同時垂直氣缸開始下降一段時間后停在初始位置，計時時間到后水平氣缸返回。

考慮到氣壓傳動工作速度快，動作頻率高，氣缸在動作時由于慣性不會精確的停在某一個位置，因此采用PLC中的延時接通定時器來實現(xiàn)控制氣缸的初始位置，定時器主要用于控制系統(tǒng)中的延時操作。定時器主要用于控制系統(tǒng)的延時操作，PLC的定時器類似于繼電器控制系統(tǒng)中的時間繼電器，但PLC中的定時器使用靈活,尤其在對繼電器控制系統(tǒng)進行PLC改造時，定時器以其靈活多樣的應用發(fā)揮了重要的作用[7]。

提升機的電氣控制系統(tǒng)屬單機控制，輸入輸出均為開關量。該控制系統(tǒng)中光電開關、開始按鈕的輸入觸發(fā)信號采用常開觸點接法，停止按鈕、急停按鈕的觸發(fā)信號采用常閉觸點接法，所需的24V直流電源與輸出負載中的所有直流電磁換向閥、指示燈均由開關電源提供。

2.3電氣控制系統(tǒng)軟件設計

輸入輸出點分配表如表1所示。

表1　輸入輸出點分配表

圖3　提升機部分程序梯形圖

提升機的電氣控制的控制過程是典型的順序控制，順序控制系統(tǒng)是幾個清晰的步驟推進過程,從前一步到下一步的切換要看每一步的可執(zhí)行條件[8]。當按下啟動按鈕，光電開關能夠檢測到筒紗存在后開始計時，當?shù)竭_500ms后，輸出信號，提升機便開始自動循環(huán)的工作過程。經(jīng)過多次試驗，利用延時接通定時器來控制提升機，能夠取得很好的效果。

根據(jù)工藝流程圖，很容易得到梯形圖程序。其控制程序梯形圖如圖3所示。

3　結(jié)束語

本設計系統(tǒng)已成功使用在某紡紗企業(yè)的自動運輸系統(tǒng)中，整個系統(tǒng)接線簡單，能提高控制的可靠性和精度，減少日常維護量，提高設備的自動化水平和生產(chǎn)效率，減輕筒紗運輸工人的勞動強度。

參考文獻

[1]鄭軍,馬崇啟,呂漢明.分布式筒子紗自動收集與輸送系統(tǒng)開發(fā)[J].棉紡織技術(shù),2015(3):10-14.

[2]王金晨.筒子紗自動包裝系統(tǒng)的設計與研究[D].濟南:山東大學,2013.

[3]戴宏民,戴佩燕,周均.中國包裝機械發(fā)展的成就及問題[J].包裝學報,2012,4(1):61-65.

[4]王曉東.關于三位五通電磁閥的選擇[J].科技創(chuàng)新與應用,2014(21):69.

[5]熊幸明.基于PLC的雙面鉆孔組合機床控制系統(tǒng)設計[J].機械設計與制造,2006(2):2.

[6]王鎮(zhèn).PLC在氣動雙面鉆孔機床控制系統(tǒng)中應用[J].自動化博覽,2011(S2):164-167.

[7]徐鳳云.定時器在 PLC改造繼電器控制系統(tǒng)中的典型應用[J].宿州學院學報,2011(8):61-63.

[8]李穎,陳寬,楊健,鄒炳燕.基于 PLC的提取工作站的氣動控制系統(tǒng)[J].液壓與氣動,2007(1):58-59.

陳紀旸（1991—），男，碩士研究生，現(xiàn)就讀于山東大學控制科學與工程學院，主要研究方向為DCS、SCADA與工業(yè)自動化。

作者簡介：