摘要：利用三菱PLC與威綸觸摸屏，對某企業(yè)的步磚生產(chǎn)設(shè)備全自動砌塊成型機進(jìn)行了升級改造，更新了PLC控制器并還原原有工序，根據(jù)企業(yè)實際生產(chǎn)需求，進(jìn)一步開發(fā)了新功能，改進(jìn)了人機界面，使設(shè)備的控制系統(tǒng)應(yīng)用更加靈活，人機交互更加友好，大大提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞：全自動砌塊成型機;三菱PLC;威綸觸摸屏;程序設(shè)計

0 引言

本文項目是對某企業(yè)的核心設(shè)備全自動砌塊成型機進(jìn)行改造升級，筆者通過對該設(shè)備的實地考察研究，最終確定了如下改造升級方案：首先，更新PLC，把原來極易出錯的PLC控制器更換成質(zhì)量較好的三菱PLC，并對原有工序進(jìn)行還原。然后，更新人機界面，把原有的鍵盤式操作的黑白顯示器更換為7寸威綸觸摸屏，使人機交互更加友好。最后，在原有工序基礎(chǔ)上，根據(jù)企業(yè)實際生產(chǎn)需要，開發(fā)新功能，一方面使系統(tǒng)操作更加簡便，另一方面大大提高企業(yè)生產(chǎn)效率。

1 設(shè)備簡介

某構(gòu)件廠是一家專門生產(chǎn)步磚的企業(yè)，曾與當(dāng)?shù)厥姓ㄔO(shè)公司保持長期合作關(guān)系。該企業(yè)其中一臺大型設(shè)備是由某磚機設(shè)備有限公司生產(chǎn)的全自動砌塊成型機，該設(shè)備主要用于完成對步磚的生產(chǎn)、加工、壓制成型、入庫等一系列工序。

該全自動砌塊成型機制作精良，適合生產(chǎn)高強度砌塊，配套不同模具可生產(chǎn)出各種規(guī)格、形狀的砌塊，成型周期短，生產(chǎn)效率高，采用電、液一體化結(jié)合技術(shù)，程序互鎖，安全可靠，成型產(chǎn)品穩(wěn)定性高，廢品率低。與國外同類設(shè)備相比，在產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)能力、自動化程度相當(dāng)?shù)那闆r下，該設(shè)備價格不及國外同類設(shè)備的1/10，是企業(yè)理想的制磚設(shè)備。

2 設(shè)備存在的問題

該全自動砌塊成型機長期運行于灰塵較多的環(huán)境下，長時間高負(fù)荷運行，有時甚至24 h不停機連續(xù)運行，出現(xiàn)了以下幾個問題亟待解決：

2.1? ? 原有PLC運行穩(wěn)定性不佳

該設(shè)備由1臺PLC控制整個加工環(huán)節(jié)的機械部件動作。原有PLC價格便宜，常用于一般小系統(tǒng)的控制，編程簡單，存在一些顯著缺點，如運行較為不穩(wěn)定，抗干擾能力差，特別是運行于較惡劣的環(huán)境中，其運行穩(wěn)定性受到較大影響。在1年時間內(nèi)，該PLC已出現(xiàn)2次故障。每次出現(xiàn)故障后，整臺設(shè)備不能正常運行，步磚生產(chǎn)處于半癱瘓狀態(tài)，嚴(yán)重影響企業(yè)生產(chǎn)效率。

2.2? ? 設(shè)備生產(chǎn)廠家的設(shè)備維護工作較為滯后

該設(shè)備的PLC出現(xiàn)問題后，構(gòu)件廠沒有相應(yīng)技術(shù)人員可解決相關(guān)問題，故需聯(lián)系設(shè)備生產(chǎn)廠家相關(guān)技術(shù)人員到現(xiàn)場進(jìn)行維護。從設(shè)備生產(chǎn)廠家開始著手安排技術(shù)人員，到相關(guān)技術(shù)人員到達(dá)企業(yè)現(xiàn)場，這一過程往往需要幾天甚至十幾天的時間。在設(shè)備維護時間上存在相當(dāng)嚴(yán)重的滯后性，嚴(yán)重影響了企業(yè)的正常生產(chǎn)。

2.3? ? 設(shè)備維護成本較高

由設(shè)備廠家指派相關(guān)技術(shù)人員到現(xiàn)場維護設(shè)備，企業(yè)就必須承擔(dān)該技術(shù)人員的一切出行費用、維護費用等，這也從某種程度上增加了企業(yè)生產(chǎn)成本。

3 解決方案

該企業(yè)針對全自動砌塊成型機出現(xiàn)的以上問題，積極尋求解決方案。

3.1? ? 在企業(yè)所在地積極尋求相關(guān)技術(shù)人才

該企業(yè)一名負(fù)責(zé)人聯(lián)系筆者，筆者隨該名負(fù)責(zé)人到企業(yè)現(xiàn)場認(rèn)真分析了該設(shè)備所需完成的一系列工序及出現(xiàn)的問題。

3.2? ? 更換穩(wěn)定性較好的PLC對設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行控制

原有PLC穩(wěn)定性不佳，此次設(shè)備出現(xiàn)的主要問題是原設(shè)備自帶的PLC再次出現(xiàn)故障，無法輸出控制信號，導(dǎo)致整臺設(shè)備癱瘓。經(jīng)過協(xié)商決定，筆者把設(shè)備原來自帶的PLC更換為穩(wěn)定性較好的三菱PLC。

4 系統(tǒng)設(shè)計與設(shè)備調(diào)試

4.1? ? 三菱PLC選型

該全自動砌塊成型機由于更換了PLC，需重新設(shè)計程序，還原該設(shè)備原有的正常工序。此外，該設(shè)備在運行過程中，發(fā)現(xiàn)了幾個功能缺陷，對此，筆者根據(jù)企業(yè)實際生產(chǎn)需求，提出了幾個優(yōu)化功能，在設(shè)計程序時一并進(jìn)行功能改造，這是本次系統(tǒng)設(shè)計的亮點。

首先，分析該設(shè)備的輸入輸出信號，得出PLC的I/O分配情況，其中PLC輸入信號包括：（1）傳感器信號，如表1所示。（2）總控信號，如表2所示。（3）手動控制信號（自復(fù)位按鍵），如表3所示。

PLC輸出信號如表4所示。

其次，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計要求及I/O分配情況，確定三菱PLC的具體型號。

PLC平均的I/O點的價格相對還是較高的，因此應(yīng)該合理選用PLC的I/O點數(shù)量，在滿足控制要求的前提下，盡量減少使用的I/O點數(shù)，但必須留有一定裕量。通常I/O點數(shù)根據(jù)被控對象的輸入、輸出信號的實際需要，在此基礎(chǔ)上再加10%～15%的裕量來確定。

根據(jù)PLC的I/O分配情況可知，輸入信號共占23個點，輸出信號共占13個點，再加上約15%的裕量，綜合考慮，本次系統(tǒng)設(shè)計選用三菱FX2N-48MR型號的PLC，其有24個輸入點、24個輸出點，完全滿足本次設(shè)計需求。

三菱FX2N-48MR PLC具有以下優(yōu)點：可靠性高，抗干擾能力強，編程簡單，使用方便，功能完善，通用性強，設(shè)計安裝簡單，維護方便，體積小，質(zhì)量輕，能耗低。

4.2? ? 工藝、功能分析

砌磚生產(chǎn)線工藝主要包括配料系統(tǒng)、攪拌振動系統(tǒng)、布料系統(tǒng)、成型系統(tǒng)、脫模系統(tǒng)、出坯系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)等。

（1）配料系統(tǒng)。砌磚生產(chǎn)通過皮帶輸送系統(tǒng)實現(xiàn)供料，經(jīng)預(yù)混后的物料將直接進(jìn)入攪拌機進(jìn)行攪拌。

（2）攪拌振動系統(tǒng)。物料先后進(jìn)入攪拌機倉體后，將被再次強制混合攪拌，直至攪拌出合格的物料，再通過輸送系統(tǒng)送入成型機儲料系統(tǒng)備用。

（3）布料系統(tǒng)。儲存在成型機儲料斗中的物料通過設(shè)定，物料自動進(jìn)入基料布料箱體中，并在由電動馬達(dá)驅(qū)動的強制旋轉(zhuǎn)式耙齒的離心加速作用下，強制、快速、順暢地進(jìn)入狹窄的模箱中，為生產(chǎn)高強度免燒磚制品提供充足物料。

（4）成型系統(tǒng)。成型系統(tǒng)是整條免燒磚生產(chǎn)線的核心部位，特制的振動系統(tǒng)及柔性控制系統(tǒng)是該系統(tǒng)的重要組成部分。

（5）脫模系統(tǒng)。優(yōu)良的液壓調(diào)速系統(tǒng)和相關(guān)的液壓平衡與鎖止回路系統(tǒng)，保證了液壓執(zhí)行元件起止無沖擊、運行平穩(wěn)，確保脫模過程平穩(wěn)順暢，解決了普通砌塊成型機脫模時，易對新鮮坯體造成外觀損壞的問題。

（6）出坯系統(tǒng)。成型脫模后的坯體，經(jīng)過電動減速機驅(qū)動鏈條，由鏈條帶動托板把成型后的坯體依次送出，再由人工裝箱。

（7）液壓系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)主要由液壓站上的控制功能閥體、供油/回油系統(tǒng)、油路冷卻系統(tǒng)等構(gòu)成。各控制功能閥體結(jié)構(gòu)緊湊、連接方便，液壓站與執(zhí)行元件通過軟管連接，保證執(zhí)行元件起止無沖擊、平穩(wěn)運行。

（8）電氣控制系統(tǒng)。電氣控制系統(tǒng)由中央控制系統(tǒng)、控制開關(guān)以及分散在生產(chǎn)線各部位的傳感器和執(zhí)行元件等共同組成。中央控制系統(tǒng)是整條生產(chǎn)線的神經(jīng)中樞，是各種指令信號、信息數(shù)據(jù)的發(fā)出和處理終端。

4.3? ? PLC程序設(shè)計

整個系統(tǒng)分為自動運行和手動運行兩種工作模式，在手動運行模式下，可完成以下控制功能：（1）送板。在?？蛏轿唬从蓄A(yù)送板時，可進(jìn)行送板動作，同時復(fù)位預(yù)送板信號。（2）預(yù)送板。預(yù)送板到位時，發(fā)出信號，暫時不可送板。（3）?？蛏仙⒛？蛳陆?、底料后退、壓頭上升，均帶限位保護。另外，除實體可控按鍵外，還各自帶觸摸屏按鈕，用于點動控制。（4）底料前進(jìn)。在壓頭升到位的條件下可執(zhí)行該操作，帶限位保護，帶觸摸屏按鈕。（5）壓頭下降。在面料退到位、底料退到位的條件下可執(zhí)行該操作，帶限位保護。（6）面料前進(jìn)。在壓頭升到位的條件下可執(zhí)行該操作，帶限位保護。（7）面料后退。帶限位保護。（8）振動、耙料。點動控制相應(yīng)功能電機。

系統(tǒng)在自動運行模式下，根據(jù)企業(yè)要求，新增了設(shè)備出廠時2個不具有的功能，也是本次系統(tǒng)升級改造的2個亮點。

亮點1：由原來的不可選單一送料模式升級為可選的兩種送料模式，使企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品在原料上更加多樣化。在觸摸屏上實現(xiàn)送料模式切換，節(jié)省了元器件成本。

亮點2：增加生產(chǎn)產(chǎn)品自動計數(shù)顯示功能，并配套復(fù)位按鍵，均由觸摸屏實現(xiàn)顯示功能和復(fù)位功能，免去以前由人工清點產(chǎn)品數(shù)量的麻煩。

系統(tǒng)自動運行模式的工序流程圖如圖1所示。

本系統(tǒng)設(shè)備各部件均采用液壓驅(qū)動，且自重較重，需用專用液壓電磁閥進(jìn)行專門加壓，進(jìn)油和回油均備有加壓程序。此外，圖1中的亮點2實現(xiàn)了自動計算成品數(shù)量的功能，在觸摸屏上配套了一個復(fù)位按鍵，當(dāng)重新生產(chǎn)新訂單時，可重新對產(chǎn)品進(jìn)行計數(shù)。

4.4? ? 觸摸屏界面設(shè)計

本系統(tǒng)選用威綸TK6070iP型7寸觸摸屏，代替原有的按鍵式操作的黑白顯示器，使人機交互更加友好，操作更加方便，功能更加強大，這也是此次系統(tǒng)改造的另一亮點。

5 結(jié)語

該全自動砌塊成型機經(jīng)過多次調(diào)試，系統(tǒng)最終順利應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場，不僅在還原原有工序的基礎(chǔ)上更新了PLC控制器，把原來較為落后的鍵盤式黑白顯示器升級為人機交互友好的彩色觸摸屏，而且在原有工序基礎(chǔ)上，按照企業(yè)生產(chǎn)要求和實際情況，增添了幾項新的功能，大大提高了企業(yè)生產(chǎn)效率，為企業(yè)創(chuàng)造了收益，很好地把創(chuàng)造力轉(zhuǎn)化為了生產(chǎn)力。

收稿日期：2020-07-31

作者簡介：李斯婷（1986—），女，廣東梅州人，講師，研究方向：電氣工程。