胡國(guó)緯

摘 要：本文著重從系統(tǒng)組成、程序編寫及調(diào)試三方面詳細(xì)介紹了利用可編程控制器（PLC）和伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)瓷磚高速自動(dòng)貼膜的自動(dòng)化控制設(shè)備，并指出了調(diào)試的注意事項(xiàng)，以期能對(duì)同行有借鑒作用。該設(shè)備對(duì)減少人工、縮短工作時(shí)間、提高產(chǎn)品質(zhì)量以及增強(qiáng)陶瓷行業(yè)現(xiàn)代化管理水平具有廣泛意義。

關(guān)鍵詞：PLC；伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；高速貼膜；自動(dòng)貼膜

1 引言

貼膜，是保護(hù)全拋磚在堆放、包裝、運(yùn)輸過程中，磚面不受損傷的有效措施，也是保證產(chǎn)品品質(zhì)的需要。因此，在生產(chǎn)全拋磚過程中，貼膜作為一道單獨(dú)工序，被廣泛采用。圖1為正在自動(dòng)貼膜的瓷磚。

以前的貼膜機(jī)，步進(jìn)定位部分多使用剎車電機(jī)，甚至普通電機(jī)。每一片磚貼完膜后，停止要定位精確，才能保證自動(dòng)切斷膜的準(zhǔn)確性。這就需要定位的電機(jī)要能夠快速啟動(dòng)，精確停止。然而，普通電機(jī)或剎車電機(jī)在產(chǎn)量要求低時(shí)，尚能滿足要求。但產(chǎn)量稍高時(shí)，例如800 mm×800 mm規(guī)格磚，當(dāng)產(chǎn)量在25片/min，甚至達(dá)30片/min以上時(shí)，普通電機(jī)或剎車電機(jī)就完全不能滿足要求。

目前，陶瓷廠需要高產(chǎn)量的貼膜機(jī)，原因大致有以下兩個(gè)方面：

（1）人力資源不足

重體力勞動(dòng)的工人日益難招，在這種人力資源嚴(yán)重不足的情況下，陶瓷廠通常只能把三個(gè)班輪流工作，改為兩個(gè)班。這樣做的好處是減少了用工量，但這就需要提高生產(chǎn)效率來保證產(chǎn)量、減少工作時(shí)間。

（2） 錯(cuò)峰用電的需要

由于高峰限電及階梯電價(jià)等因素，那些高耗電量的設(shè)備，可以安排錯(cuò)峰生產(chǎn)。全拋線耗電量大，通常安排在錯(cuò)峰生產(chǎn)，把窯爐全天燒出的磚，在錯(cuò)峰時(shí)間內(nèi)全部拋光完成。

在這種要求高產(chǎn)量貼膜的情況下，只有伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)才能滿足要求，當(dāng)800 mm×800 mm磚產(chǎn)量在30片/min以上時(shí)，對(duì)電氣及機(jī)械穩(wěn)定性的要求相當(dāng)高。稍有不慎，就會(huì)造成碰磚、對(duì)位不準(zhǔn)、切不了膜等問題，由于入磚不能停頓，如果故障停機(jī)，就會(huì)形成大堵磚，短時(shí)間內(nèi)造成大量成品瓷磚損壞。

為了解決這些難題，本文應(yīng)用PLC、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和變頻器等自動(dòng)化控制技術(shù)，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)。不斷優(yōu)化方案，成功摸索總結(jié)出了解決方案。本文就PLC控制的伺服定位高速瓷磚自動(dòng)貼膜機(jī)的系統(tǒng)組成和控制方面進(jìn)行闡述，并指出了一些調(diào)試注意事項(xiàng)，希望能給同行以探討和借鑒。

2 瓷磚自動(dòng)貼膜的技術(shù)指標(biāo)

2.1 入口夾磚系統(tǒng)

為了確保每次來磚都能垂直平順地進(jìn)入步進(jìn)定位系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了入口夾磚系統(tǒng)。此套入口夾磚系統(tǒng)主要由兩個(gè)氣缸、四個(gè)導(dǎo)輪及其它組件組成。它們分別位于來磚方向的左右兩邊，每邊一個(gè)氣缸，兩個(gè)導(dǎo)輪。

兩個(gè)氣缸同時(shí)動(dòng)作，調(diào)機(jī)時(shí)，中間放一片800 mm×800 mm磚，使兩個(gè)氣缸同時(shí)伸出時(shí)，四個(gè)導(dǎo)輪剛好壓穩(wěn)瓷磚的左右兩邊為好。在入磚方向上，壓穩(wěn)的瓷磚中心線應(yīng)該剛好和入磚的兩條皮帶的中心線重合，如果中心線不重合，就要調(diào)整左右氣缸的行程，使之重合。

2.2 伺服步進(jìn)定位系統(tǒng)

伺服步進(jìn)定位系統(tǒng)是此套設(shè)備的核心系統(tǒng)，該系統(tǒng)由啟動(dòng)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行的光電開關(guān)、伺服電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器、壓膜輥、氣缸及壓磚組件等組成。

貼膜段皮帶入口的光電開關(guān)有信號(hào)時(shí)，則啟動(dòng)伺服電機(jī)定位運(yùn)行，每來一片磚，定位運(yùn)行一段預(yù)定的距離。直到入口的光電開關(guān)無信號(hào)。下一片磚來時(shí)，可再次啟動(dòng)伺服電機(jī)定位運(yùn)行。定位運(yùn)行完成后，以來磚的后邊緣剛好脫離入磚皮帶為好。因?yàn)橘N膜段的定位皮帶是間歇運(yùn)行，在下一片磚來之前，是停止運(yùn)行的，而入磚皮帶是常轉(zhuǎn)的，所以貼膜段在定位運(yùn)行后，如果來磚的后邊緣未脫離入磚皮帶，則會(huì)造成入磚皮帶的磨損；但如果來磚的后邊緣脫離入磚皮帶太多，則會(huì)造成再來磚時(shí)，兩片磚的間隙過大，影響貼膜質(zhì)量。

切膜段皮帶入口的光電開關(guān)的位置、入口段皮帶的速度、貼膜段定位運(yùn)行的距離及貼膜段定位運(yùn)行的速度，這四者之間互相影響、相輔相成，是這套設(shè)備調(diào)試的關(guān)鍵，調(diào)試時(shí)，需要細(xì)致觀察，循序漸進(jìn)。

2.3 自動(dòng)切膜系統(tǒng)

自動(dòng)切膜系統(tǒng)由切膜氣缸、發(fā)熱絲、AC380V轉(zhuǎn)AC10V、AC12V、AC14V的250 W變壓器及其它附件組成。

其中發(fā)熱絲有三個(gè)電壓等級(jí)可選接，分別為AC10V、AC12V、AC14V，以使發(fā)熱絲有不同的溫度，更好地適應(yīng)切斷不同的膜，且這三個(gè)可選電壓均為安全電壓。

當(dāng)切膜段伺服電機(jī)步進(jìn)定位運(yùn)行完成，馬上會(huì)啟動(dòng)切膜氣缸動(dòng)作，完成一次切膜動(dòng)作，切膜氣缸動(dòng)作的時(shí)間可在人機(jī)介面設(shè)定。

2.4 手動(dòng)控制

對(duì)每臺(tái)電機(jī)的運(yùn)行與停止，每個(gè)氣缸的動(dòng)作與復(fù)位，都可進(jìn)行手動(dòng)操作，以便對(duì)每個(gè)裝置單獨(dú)調(diào)整、檢修或排除故障使用。

其中對(duì)切膜段伺服電機(jī)，每手動(dòng)運(yùn)行一次，伺服電機(jī)按照人機(jī)介面的設(shè)定距離及速度，進(jìn)行一次定位運(yùn)行，以方便調(diào)試時(shí)對(duì)位及調(diào)整參數(shù)使用。

2.5 自動(dòng)控制

自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，可按照上述2.1～2.3的要求完成循環(huán)運(yùn)行。

2.6 自動(dòng)過磚

當(dāng)不需要貼膜，只是過磚時(shí)，可啟動(dòng)自動(dòng)過磚模式。在該模式下，入口夾磚系統(tǒng)照常工作，步進(jìn)定位系統(tǒng)及自動(dòng)切膜系統(tǒng)都不工作，只是伺服電機(jī)按人機(jī)介面設(shè)定的速度常轉(zhuǎn)即可。

3 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 PLC選型

根據(jù)以上技術(shù)指標(biāo)和控制要求，該套設(shè)備共有三個(gè)系統(tǒng)和三個(gè)工作模式，三個(gè)系統(tǒng)分別是：入口夾磚系統(tǒng)、步進(jìn)定位系統(tǒng)、自動(dòng)切膜系統(tǒng)。每個(gè)系統(tǒng)需要的輸入點(diǎn)數(shù)量如下：

（1）入口夾磚系統(tǒng)

輸入點(diǎn)（4個(gè)）：①一個(gè)啟動(dòng)夾磚的光電開關(guān)；②兩個(gè)兩位旋鈕：入口傳動(dòng)電機(jī)M1手動(dòng)運(yùn)行、停止；夾磚氣缸的手動(dòng)夾磚、松開；③入口傳動(dòng)電機(jī)M1的報(bào)警輸入。

輸出點(diǎn)（3個(gè)）：①入口傳動(dòng)電機(jī)M1正、反轉(zhuǎn)；②夾磚氣缸的動(dòng)作。

（2）伺服步進(jìn)定位系統(tǒng)

輸入點(diǎn)（4個(gè)）：其中有1個(gè)伺服電機(jī)啟動(dòng)光電開關(guān)；兩個(gè)兩位旋鈕，分別是：伺服手動(dòng)運(yùn)行、手動(dòng)壓輥；一個(gè)伺服電機(jī)報(bào)警輸入。

輸出點(diǎn)（5個(gè)）：其中伺服電機(jī)M2需要四個(gè)輸出點(diǎn)，分別是：伺服驅(qū)動(dòng)器脈沖輸入、方向輸入、伺服使能和伺服報(bào)警清除。另外，還有一個(gè)壓輥氣缸。

（3）自動(dòng)切膜系統(tǒng)

輸入點(diǎn)（2個(gè)）：一個(gè)手動(dòng)切膜兩位旋鈕、一個(gè)聯(lián)鎖輸入信號(hào)。

輸出點(diǎn)（2個(gè)）：切膜氣缸的動(dòng)作；一個(gè)聯(lián)鎖輸出，故障或停機(jī)時(shí)，給上位機(jī)信號(hào)。

（4）其它

輸入點(diǎn)（4個(gè)）：其中有一個(gè)急停；一個(gè)三位旋鈕，手動(dòng)、停止、自動(dòng)；一個(gè)帶燈按扭，啟動(dòng)；

輸出點(diǎn)（2個(gè)）：復(fù)位指示燈；報(bào)警指示。

（5）綜上所述，該系統(tǒng)共需要：

輸入點(diǎn)：4+4+2+4=14（個(gè)）；

輸出點(diǎn)：3+5+2+2=12（個(gè)）；

由于控制伺服系統(tǒng)需要用高速脈沖輸出，所以必須選用晶體管輸出的PLC。因此本文選用的PLC是OMRON的CP1H-X40DT-D，這是一個(gè)DC24V供電的24個(gè)輸入點(diǎn)，16個(gè)晶體管輸出點(diǎn)的PLC。還有一些點(diǎn)多出，作為備用。

（6）系統(tǒng)資源分配

1）數(shù)字量輸入部分

輸入地址分配如表1所示。

2）數(shù)字量輸出部分

輸出地址分配如表2所示。

4 各技術(shù)指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)

4.1 入口夾磚系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

該技術(shù)指標(biāo)已在2.1中做了初步的介紹，在實(shí)際生產(chǎn)調(diào)試的過程中，可在人機(jī)介面上增加設(shè)定入口夾磚光電1.05點(diǎn)ON狀態(tài)的時(shí)間長(zhǎng)短及左右夾磚動(dòng)作保持時(shí)間。這樣設(shè)計(jì)的好處是：不同規(guī)格的磚，可以通過調(diào)整參數(shù)，使動(dòng)作達(dá)到剛好合適、流暢。夾到瓷磚時(shí)，四個(gè)導(dǎo)轉(zhuǎn)對(duì)角線交叉點(diǎn)剛好與瓷磚中心重合為好，且夾的時(shí)間不宜過長(zhǎng)，夾到位，馬上松開即可，以免影響后續(xù)入磚。

如圖2所示，當(dāng)1.05點(diǎn)ON時(shí)，運(yùn)行介面設(shè)定的入口夾磚延時(shí)時(shí)間，接著入口夾磚氣缸101.04點(diǎn)ON，該點(diǎn)ON后，運(yùn)行介面設(shè)定的夾磚氣缸ON延時(shí)時(shí)間，之后101.04點(diǎn)OFF，夾磚氣缸復(fù)位。該系統(tǒng)的部分程序如表3所示（指令表格式）。

4.2 伺服步進(jìn)定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)已在2.2中做了初步的介紹，伺服步進(jìn)定位系統(tǒng)，是該設(shè)備的核心系統(tǒng)，效率的高低以及性能的好壞主要由該系統(tǒng)決定。圖3為伺服步進(jìn)定位系統(tǒng)及自動(dòng)切膜系統(tǒng)。下文將對(duì)該系統(tǒng)的程序控制做進(jìn)一步介紹，并列出部分程序，供大家參考。

如圖3所示，當(dāng)步進(jìn)啟動(dòng)光電開關(guān)1.03點(diǎn)ON時(shí)，伺服開始定位運(yùn)行一段距離，伺服定位運(yùn)行距離和速度均可在介面上設(shè)定。壓膜輥的位置以瓷磚重心運(yùn)行到伺服定位皮帶上時(shí)再壓比較好，壓膜位置如果太靠近入口位，易造成貼完膜后，兩磚之間縫隙變大，膜被拉伸，切膜后，膜邊沿回縮、翹起，影響貼膜的平整性。該系統(tǒng)的部分程序如表4所示（指令表格式）。

4.3 自動(dòng)切膜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)在2.3中做了初步的介紹，下文將對(duì)該系統(tǒng)的程序控制做進(jìn)一步介紹，限于篇幅，這里不再列出程序。

如圖3所示，啟動(dòng)自動(dòng)運(yùn)行后，M1傳動(dòng)，當(dāng)步進(jìn)啟動(dòng)光電開關(guān)1.03點(diǎn)ON時(shí)，伺服完成一次定位步進(jìn)運(yùn)行，定位運(yùn)行完成后，馬上啟動(dòng)切膜氣缸。其中切膜時(shí)間可在介面設(shè)定，通常是0.2 s左右，若設(shè)定的時(shí)間太長(zhǎng)，會(huì)影響效率。因?yàn)樵谇心の赐瓿蓵r(shí)，入口再來磚，會(huì)造成碰磚，進(jìn)而引起入口堵磚。完成切膜后，可再次入磚，如此循環(huán)運(yùn)行。

5 結(jié)語

該設(shè)備自去年設(shè)計(jì)成功以來，已在國(guó)內(nèi)外實(shí)現(xiàn)多次銷售，同時(shí)對(duì)暴露出來的問題，也進(jìn)行了不斷的改進(jìn)。目前，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、效果良好，是瓷磚高速貼膜較理想的解決方案。本文從瓷磚自動(dòng)貼膜的技術(shù)指標(biāo)、PLC系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及技術(shù)指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)三個(gè)方面對(duì)該設(shè)備進(jìn)行了詳細(xì)介紹，希望能對(duì)同行起到啟發(fā)和借鑒作用。

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