黃云志

摘 要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對(duì)于塑料管道的需求越來越大，推動(dòng)了管材企業(yè)與技術(shù)的不斷發(fā)展。針對(duì)管材行業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀，文章提出了關(guān)于塑料管道自動(dòng)切割空時(shí)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思路和方法，并對(duì)主要的硬件設(shè)計(jì)、處理程序以及控制處理程序的軟件等方面具體說明，最后對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行檢驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：塑料管道；自動(dòng)切割系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

自從我國(guó)實(shí)行改革開放的制度以來，城市化水平不斷提出，大量人口涌入城市，促進(jìn)了城市建筑的發(fā)展，在這種形式下，城市建筑對(duì)于塑料管材的需求越來越高，促進(jìn)了塑料管材業(yè)的發(fā)展，推動(dòng)了塑料管材業(yè)技術(shù)的創(chuàng)新與進(jìn)步。塑料管材由于物化性能非常好，同時(shí)又環(huán)保節(jié)能，正逐步取代傳統(tǒng)管材，成為主要的建筑管材。由于我國(guó)在塑料管材技術(shù)方面起步晚，與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比，還有一定的距離，在生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量上都有很大缺陷，其次精細(xì)化程度也不夠。

1 塑料管材自動(dòng)切割控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

1.1 塑料管材切割自動(dòng)化系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

塑料管材自動(dòng)切割控制系統(tǒng)的核心部件是可編程控制器（以下簡(jiǎn)稱PLC），通過PLC廠家提供的編程軟件進(jìn)行編寫程序來完成控制動(dòng)作?？刂七^程的顯現(xiàn)使用的可編程的人機(jī)界面（以下簡(jiǎn)稱HMI）[1]。塑料管材自動(dòng)切割控制系統(tǒng)中，使用西門子的S7-200 CPU224XP型PLC，編程軟件為STEP 7 MicroWIN SP9 Keil V4.0編寫程序；威綸通的MT8101IE型的HMI，編程軟件為Utility Manager編寫畫面程序；WINXP為操作系統(tǒng)。STEP 7 MicroWIN SP9 Keil V4.0提供了常用的輸入輸出指令、數(shù)值運(yùn)行算指令、高速計(jì)數(shù)器指令和庫(kù)指令。編程簡(jiǎn)單快捷、應(yīng)用高效。Utility Manager提供了常用的按鈕、指示燈、數(shù)據(jù)采樣、歷史數(shù)據(jù)保存、曲線圖分析及報(bào)警功能畫面的彈出等功能，畫面很直觀地模擬顯示工作的整個(gè)過程及一些數(shù)據(jù)的顯示。將這些簡(jiǎn)單易用部份組合在一起便可以實(shí)現(xiàn)功能強(qiáng)大的控制顯示系統(tǒng)[2]。

1.2 塑料管材自動(dòng)切割控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

在選擇PLC方面，首先PLC要有很強(qiáng)的抗干擾性能，即使運(yùn)行環(huán)境惡劣，也能正常工作，同時(shí)保證運(yùn)行的效率。除此之外，還需要考慮其可擴(kuò)展能力和工業(yè)通信能力，為日后需要增加控制功能和遠(yuǎn)程工業(yè)通信打好擴(kuò)展基礎(chǔ)。隨著自動(dòng)化程度的提高，工業(yè)遠(yuǎn)程監(jiān)控開始越來越得到重視，它可以把現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的過程數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)的傳送到集中控制室，由集中控制室通過公司內(nèi)網(wǎng)的排產(chǎn)單對(duì)相應(yīng)的生產(chǎn)設(shè)備修改數(shù)據(jù)起到集中管理生產(chǎn)目的。PLC程序可以由設(shè)計(jì)者很自由的按照要實(shí)現(xiàn)的功能去編寫，而且在調(diào)試的過程中可以實(shí)時(shí)的監(jiān)控程序，更簡(jiǎn)單快捷的發(fā)現(xiàn)和解決問題，提高工作效益。

接下來是設(shè)計(jì)顯示畫面功能，HMI除了可以設(shè)計(jì)模擬畫面功能外，還可以設(shè)計(jì)一些手動(dòng)/自動(dòng)的功能能按鈕來控制PLC的手動(dòng)/自動(dòng)控制，從而可以減小外部控制電路的設(shè)計(jì)工作，大大減少電氣人員接線及安裝按鈕的工作量和日后維修難度降低。HMI可以將PLC每一步的動(dòng)作通過Utility Manager編寫畫面程序進(jìn)行在畫面設(shè)計(jì)指示燈或動(dòng)態(tài)畫面顯示出來，也可以把PLC采集的數(shù)據(jù)，計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)，計(jì)時(shí)數(shù)據(jù)等實(shí)時(shí)的顯示出來，從而更加直觀清晰了解設(shè)備生產(chǎn)流程。除此之外，HMI還可以把PLC重要的采集數(shù)據(jù)或處理過的數(shù)據(jù)進(jìn)行歷史記錄，故障報(bào)警記錄等保存，歷史記錄方便日后供相關(guān)技術(shù)人員對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)分析作有效的依據(jù)，故障報(bào)警記錄方便專業(yè)維修維護(hù)人員更快捷的解決設(shè)備故障問題和維護(hù)工作。歷史數(shù)據(jù)可以導(dǎo)出生成EXCEL表格打印出來。HMI與PLC是通過RS232或RS485通信線連接，只需要在HMI設(shè)置連接對(duì)象，無需編寫通信程序。

在設(shè)計(jì)信號(hào)輸入或者輸出的控制在PLC中完成，PLC可以接收開關(guān)量信號(hào)。開關(guān)量信號(hào)又分為輸入、輸出開關(guān)量信號(hào)，當(dāng)有輸入信號(hào)時(shí)，PLC相應(yīng)的開關(guān)量輸入通道的指示燈就會(huì)點(diǎn)亮觸發(fā)輸入，經(jīng)過內(nèi)部程序的處理，會(huì)在相應(yīng)的開關(guān)量輸出通道接通自帶繼電器，從而使外部電路接通，從而控制繼電器、變頻器、電磁閥等外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)去控制切刀、退料、分離等功能。

2 塑料管材自動(dòng)切割控制系統(tǒng)的主程序設(shè)計(jì)

塑料管材自動(dòng)切割系統(tǒng)的硬件是通過PLC和HMI組合控制和調(diào)配而進(jìn)行工作的，這樣在控制、檢測(cè)系統(tǒng)的時(shí)候更加方便，同時(shí)也有利于保證整個(gè)系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行。

在設(shè)計(jì)塑料管材自動(dòng)切割控制系統(tǒng)的主程序時(shí)，要充分了解整個(gè)編程是如何運(yùn)行的，要考慮整個(gè)動(dòng)作過程不同條件下的相互關(guān)聯(lián)和相互影響的關(guān)系具體分析。首先，將系統(tǒng)設(shè)置成初始化狀態(tài)，包括各個(gè)硬件的初始化狀態(tài)，通過初始狀態(tài)判斷設(shè)備在使用前是否正常，如果不正常，HMI畫面會(huì)顯示相應(yīng)工件不到位報(bào)警提示，禁止強(qiáng)制繼續(xù)運(yùn)行，供維修人員及時(shí)處理問題。如果程序正確，繼續(xù)輸出動(dòng)作流程，同時(shí)接收相關(guān)的數(shù)據(jù)和信號(hào)。

塑料管材自動(dòng)切割控制系統(tǒng)需要設(shè)計(jì)PLC中斷處理程序，通過中斷影響機(jī)制來達(dá)到控制信號(hào)以及處理相關(guān)數(shù)據(jù)信息的目的。在這個(gè)過程中，還能夠通過時(shí)鐘的程序完成定時(shí)器的工作，在系統(tǒng)中設(shè)置周期，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行定時(shí)周期設(shè)置，通過啟動(dòng)中斷處理程序，設(shè)定循環(huán)幾次實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)間的控制。

在塑料管材自動(dòng)切割控制系統(tǒng)中還需要設(shè)計(jì)PLC與變頻器RS485通信程序，在PLC中調(diào)出RS485通信指令庫(kù)程序塊，在程序塊中填入通信從站號(hào)、數(shù)據(jù)位、波特率及讀寫變頻器相應(yīng)頻率的數(shù)據(jù)地址。在變頻器中的通信參數(shù)設(shè)置與PLC程序塊中填入的參數(shù)需要一致。PLC通信控制變頻器進(jìn)行調(diào)速行走電機(jī)，通過反饋回路，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。這樣的做法為了在夾緊切管時(shí)，行走電機(jī)行走的速度和出管牽引的速度相當(dāng)。工作人員可以在HMI上設(shè)置變頻器頻率參數(shù)。HMI通過PLC與變頻器通信把頻率、電壓、電流、轉(zhuǎn)速等參數(shù)在屏幕上顯示，操作方便簡(jiǎn)單。

3 塑料管材自動(dòng)切割控制系統(tǒng)的檢測(cè)

對(duì)于塑料管材自動(dòng)切割系統(tǒng)的檢測(cè)，是通過歐姆龍的旋轉(zhuǎn)編碼器（A/B相正交計(jì)數(shù)）進(jìn)行對(duì)管道的長(zhǎng)度進(jìn)行測(cè)量，編碼器通過旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生脈沖信號(hào)輸入到PLC高速計(jì)數(shù)器端口，PLC內(nèi)部編寫運(yùn)算及轉(zhuǎn)換指令，把脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，因?yàn)楦咚儆?jì)數(shù)器的速度要比PLC程序執(zhí)行掃描的時(shí)間還要快，故此必須要在中斷程序中完成高速計(jì)數(shù)器采集的數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)的處理。在HMI上設(shè)置需要切管的長(zhǎng)度，及上、下限偏差值，通過在PLC內(nèi)部程序中編寫比較程序，當(dāng)旋轉(zhuǎn)編碼器旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)到達(dá)所設(shè)定的長(zhǎng)度值時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)中斷指令，所測(cè)出的長(zhǎng)度數(shù)值馬上存入到HMI上保存，輸出動(dòng)作的同時(shí)又清零編碼器數(shù)值而繼續(xù)從新開始計(jì)數(shù)。周而復(fù)始的這樣循環(huán)工作。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，可以得知，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，刺激了房地產(chǎn)行業(yè)的發(fā)展，使得市場(chǎng)對(duì)塑料管材的需求也隨之而增加。但是由于我國(guó)塑料管材生產(chǎn)技術(shù)落后，生產(chǎn)效率低，質(zhì)量差，因此我國(guó)大部分塑料管材企業(yè)所使用的技術(shù)都是從國(guó)外進(jìn)口而來。塑料管材切割系統(tǒng)是管材生產(chǎn)環(huán)節(jié)中最為重要的一部分，因此，通過設(shè)計(jì)塑料管道自動(dòng)化切割控制切割系統(tǒng)，提高管材的生產(chǎn)產(chǎn)量、質(zhì)量以及精度，進(jìn)而提高我國(guó)管材生產(chǎn)設(shè)備在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力。

參考文獻(xiàn)

[1]黎良田.塑料管材自動(dòng)切割控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究[J].塑料工業(yè)，2016（44）：53-55.

[2]吳志敏，陽(yáng)勝峰.西門子PLC與變頻器、觸摸屏綜合應(yīng)用[M].中國(guó)電力出版社，2009.