花勇 趙剛

（江蘇食品藥品職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇淮安 223003）

一種室內(nèi)分體式自動(dòng)鋪磚機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

花勇 趙剛

（江蘇食品藥品職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇淮安 223003）

鋪貼瓷磚作為室內(nèi)裝潢的一道重要工序，傳統(tǒng)手工鋪磚存在著效率低、一致性差等缺點(diǎn)?；诖耍O(shè)計(jì)分體式自動(dòng)鋪磚機(jī)的控制系統(tǒng)及其組態(tài)畫(huà)面，借助PLC、傳感器和伺服電機(jī)控制其供料、水平、垂直方向的位移和瓷磚鋪貼過(guò)程，實(shí)現(xiàn)精確、高效、連續(xù)化的鋪磚作業(yè)，具有效率高、成本低、一致性好等優(yōu)點(diǎn)。

自動(dòng)鋪磚機(jī)；PLC；控制系統(tǒng)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，房地產(chǎn)市場(chǎng)的火爆，室內(nèi)裝修隨之蓬勃發(fā)展起來(lái)，鋪貼瓷磚作為室內(nèi)裝修的一道重要工序，越來(lái)越受到人們的重視。目前，室內(nèi)裝修鋪貼瓷磚主要還是以人工為主，但由于鋪磚勞動(dòng)強(qiáng)度大，對(duì)工人技術(shù)水平要求較高，傳統(tǒng)的手工貼磚存在空鼓率高、水平定位不準(zhǔn)、垂直平整度誤差大、刷漿慢等諸多問(wèn)題［1］。本文針對(duì)傳統(tǒng)人工鋪設(shè)的缺點(diǎn)設(shè)計(jì)一種新型的室內(nèi)分體式自動(dòng)鋪磚機(jī)，一種集運(yùn)磚、刷漿、鋪磚、壓磚等多道工序于一體的自動(dòng)化鋪磚解決方案。此鋪磚機(jī)由立體運(yùn)磚機(jī)構(gòu)、刷漿機(jī)構(gòu)、定位機(jī)構(gòu)，鋪設(shè)機(jī)構(gòu)和壓實(shí)平整機(jī)構(gòu)等部件組成。該方案利用光電傳感器、壓力傳感器、伺服電機(jī)、S7-200PLC和MCGS觸摸屏組建成鋪磚機(jī)的控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)出具有可靠機(jī)械傳動(dòng)和電氣控制，實(shí)現(xiàn)精確、高效、連續(xù)化鋪磚作業(yè)的自動(dòng)控制系統(tǒng)。

1 分體式自動(dòng)鋪磚機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

室內(nèi)分體式自動(dòng)鋪磚機(jī)由瓷磚自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)和瓷磚鋪貼機(jī)構(gòu)兩部分組成（見(jiàn)圖1）。上料機(jī)構(gòu)由漏斗、瓷磚提升機(jī)構(gòu)、瓷磚輸送機(jī)構(gòu)、砂漿抹平機(jī)構(gòu)和四導(dǎo)柱頂升氣缸等機(jī)械結(jié)構(gòu)組成。磁性開(kāi)關(guān)與伺服電機(jī)的配合可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)鋪磚機(jī)的精確定位。瓷磚鋪貼機(jī)構(gòu)由旋轉(zhuǎn)軸盤(pán)式輸出減速機(jī)、真空吸盤(pán)和直線氣缸等部件構(gòu)成，其中真空吸盤(pán)和直線氣缸的位置可以沿著輻條的方向調(diào)整，以滿足鋪貼不同尺寸瓷磚的需要。瓷磚的Z周旋轉(zhuǎn)角度可通過(guò)伺服旋轉(zhuǎn)軸盤(pán)式輸出減速機(jī)調(diào)整，使瓷磚和地面十字線對(duì)齊并保證瓷磚之間的間隙一致。直線氣缸的頭部安裝半球形的橡膠錘，可在氣缸的作用下均勻地分次壓實(shí)瓷磚，防止鋪貼瓷磚時(shí)壓壞瓷磚。

2 分體式自動(dòng)鋪磚機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

自動(dòng)鋪磚機(jī)的控制系統(tǒng)由1臺(tái)S7-226PLC、光電傳感器、壓力傳感器、接近開(kāi)關(guān)、金屬傳感器、伺服電機(jī)和MCGS昆侖通態(tài)TPC7062KX型人機(jī)界面等組成鋪磚機(jī)的控制系統(tǒng)。在料斗的上下兩側(cè)安裝光電傳感器用于檢測(cè)料斗中砂漿含量；四導(dǎo)柱頂升氣缸和壓緊氣缸上的壓力傳感器用以反饋擠壓砂漿時(shí)的壓力值；在瓷磚鋪貼機(jī)構(gòu)兩端分別安裝2個(gè)接近開(kāi)關(guān)以實(shí)現(xiàn)上料底座在傳送組件帶動(dòng)下完成精確定位；安裝在瓷磚鋪貼機(jī)構(gòu)的金屬傳感器可用于檢測(cè)X、Y、Z三軸伺服電機(jī)是否在原點(diǎn)位置。最后根據(jù)控制上料機(jī)構(gòu)的自動(dòng)上料、抹灰成型的運(yùn)動(dòng)位置控制以及瓷磚鋪貼機(jī)構(gòu)鋪磚移動(dòng)的軌跡編寫(xiě)相應(yīng)的PLC程序，控制X、Y、Z軸伺服電機(jī)的移動(dòng)方向，使鋪貼的瓷磚前后左右對(duì)齊。瓷磚的壓實(shí)通過(guò)4個(gè)相距90°對(duì)稱布置的壓緊氣缸分3次壓實(shí)瓷磚，最終使瓷磚在水平面上完成瓷磚的壓實(shí)處理。

圖1 分體式自動(dòng)鋪磚機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

3 自動(dòng)鋪磚機(jī)程序設(shè)計(jì)

3.1 自動(dòng)鋪磚機(jī)工作流程

自動(dòng)鋪磚機(jī)模擬人工鋪貼瓷磚的工藝要求和動(dòng)作特點(diǎn)編寫(xiě)PLC程序，設(shè)備采用分體式結(jié)構(gòu)由瓷磚自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)和瓷磚鋪貼機(jī)構(gòu)兩部分組成，其工作流程如下。

3.1.1 自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)工作流程。首先，將水泥砂漿攪拌均勻后輸送給料斗3，經(jīng)料斗下料到料槽10中，加滿后刷漿機(jī)構(gòu)將料槽中砂漿刮平并返回。瓷磚自底部放入抬升支架上，經(jīng)伺服電機(jī)6將瓷磚抬升到水平推料氣缸處，這時(shí)水平推料氣缸將瓷磚推入砂漿成型料槽的上方后縮回。然后，伺服電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠將砂漿成型底座和瓷磚移動(dòng)到壓緊機(jī)構(gòu)5處，由壓緊機(jī)構(gòu)將瓷磚和料槽中的水泥壓實(shí)后抬起。最后，由伺服電機(jī)6將底座移動(dòng)到機(jī)架的最右側(cè)，四導(dǎo)柱頂升氣缸抬起抹灰后的瓷磚脫離砂漿成型料槽備用。

3.1.2 瓷磚鋪貼機(jī)構(gòu)工作流程。首先，瓷磚鋪貼機(jī)構(gòu)在X、Y、Z三軸伺服電機(jī)的帶動(dòng)下，自坐標(biāo)原點(diǎn)將真空吸盤(pán)移動(dòng)到臨近自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)的瓷磚處；然后，真空吸盤(pán)吸附起瓷磚，移動(dòng)X、Y、Z三軸電機(jī)使瓷磚回到用戶坐標(biāo)系原點(diǎn)正上方10mm處，調(diào)整旋轉(zhuǎn)軸盤(pán)式輸出減速機(jī)角度使瓷磚與地面十字線對(duì)齊；再由伺服電機(jī)及減速機(jī)沿Z軸下降到指定位置后，真空吸盤(pán)釋放瓷磚；在氣缸7下降壓兩三次（模擬橡膠錘敲擊效果），將瓷磚壓實(shí)到標(biāo)高控制線后縮回。當(dāng)?shù)谝粔K瓷磚鋪好后，瓷磚鋪貼機(jī)構(gòu)即按照S7-200PLC控制程序?qū)崿F(xiàn)精確、高效、連續(xù)化鋪磚作業(yè)。

3.2 自動(dòng)鋪磚機(jī)的順序控制功能圖設(shè)計(jì)

按上述自動(dòng)鋪磚機(jī)工作流程設(shè)計(jì)的自動(dòng)鋪磚機(jī)程序結(jié)構(gòu)包括：主程序、初態(tài)檢查子程序、瓷磚自動(dòng)上料子程序、運(yùn)行控制子程序、瓷磚鋪貼子程序和狀態(tài)指示子程序等。主程序是一個(gè)周期循環(huán)掃描的程序，通電后先進(jìn)行初態(tài)檢查：即檢查料斗中砂漿供料充足、瓷磚上料機(jī)構(gòu)有無(wú)瓷磚、水平推料氣缸縮回、刷漿機(jī)構(gòu)縮回、四導(dǎo)柱頂升氣缸下降、鋪料底座在滾珠絲杠左側(cè)、瓷磚搬運(yùn)鋪貼機(jī)構(gòu)是否在原點(diǎn)以及瓷磚壓緊氣缸縮回8個(gè)狀態(tài)是否滿足要求。這8個(gè)條件中任一條件不滿足初態(tài)條件，設(shè)備均不能啟動(dòng)瓷磚鋪貼程序并使之運(yùn)行。如果初態(tài)檢查通過(guò)，則說(shuō)明設(shè)備準(zhǔn)備就緒，準(zhǔn)許啟動(dòng)。啟動(dòng)后主程序每個(gè)掃描周期調(diào)用瓷磚自動(dòng)上料子程序、運(yùn)行控制子程序和瓷磚鋪貼子程序循環(huán)執(zhí)行。如果在運(yùn)行過(guò)程中按下停止按鈕，系統(tǒng)運(yùn)行一個(gè)周期后進(jìn)入停止?fàn)顟B(tài)。

4 人機(jī)界面設(shè)計(jì)

根據(jù)自動(dòng)鋪磚機(jī)的PLC程序選擇MCGS昆侖通態(tài)人機(jī)界面TPC7062KX設(shè)計(jì)其組態(tài)畫(huà)面，可實(shí)現(xiàn)如下功能：①在觸摸屏上實(shí)現(xiàn)設(shè)備的起動(dòng)、停止操作和工作狀態(tài)指示；②當(dāng)入料口通過(guò)人工放下瓷磚時(shí)伺服電機(jī)立即啟動(dòng)，按觸摸屏設(shè)定的速度驅(qū)動(dòng)傳送電機(jī)把瓷磚送往鋪磚機(jī)構(gòu)處；③在觸摸屏上可顯示各橫向、縱向鋪貼瓷磚的累計(jì)數(shù)據(jù)，且數(shù)據(jù)在觸摸屏上可以重新設(shè)定；④根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定鋪貼瓷磚時(shí)氣缸施加的壓力值大?。虎菘墒謩?dòng)設(shè)定鋪貼機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)z軸的初始角度，便于手動(dòng)調(diào)整鋪貼瓷磚使其和地面十字線對(duì)齊。

5 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的室內(nèi)分體式自動(dòng)鋪磚機(jī)模擬人工貼磚抹灰和貼壓瓷磚的工藝過(guò)程，借助PLC、傳感器和伺服電機(jī)控制其自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)和鋪磚機(jī)構(gòu)水平和垂直方向的位移，可實(shí)現(xiàn)精確、高效、連續(xù)化的鋪磚作業(yè)。PLC和MCGS的綜合應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了鋪貼瓷磚的自動(dòng)化控制，且在鋪磚機(jī)運(yùn)行的過(guò)程狀態(tài)和數(shù)量都可從人機(jī)界面上實(shí)時(shí)的監(jiān)控，并可根據(jù)需要做適當(dāng)修改，大大提高了鋪貼瓷磚的效率，適用于更多的場(chǎng)合。其具有低成本、質(zhì)量一致性好的優(yōu)點(diǎn)，是對(duì)自動(dòng)鋪磚機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一次有意義嘗試。

［1］肖俊峰，尹虹紅.基于PLC的水泥制磚機(jī)控制系統(tǒng)［J］.磚瓦世界，2008（11）：36-40.

The Control System Design of an Indoor Split Type Automatic Paving Machine

Hua YongZhao Gang
（Jiangsu Food&Pharmaceutical Science College，Huai'an Jiangsu 223003）

Paving tiles as an important process of interior decoration,the traditional manual paving brick has the shortcomings of low efficiency,consistency and others.Based on this,the control system and its configuration screen of split automatic paving machine were designed.The PLC,sensor and servo motor were used to control the feeding, horizontal and vertical displacement and tiling process of the paver.to achieve accurate,efficient,continuous paving operations.The advantages are high efficiency,low cost,good consistency and so on.

automatic paving machine；PLC；control system

TH69

A

1003-5168（2016）11-0065-02

2016-10-25

花勇（1979-），男，碩士，講師，研究方向：數(shù)字化設(shè)計(jì)。