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        基于PLC的硅酸鈣板厚度在線檢測控制系統(tǒng)設(shè)計

        2021-05-15 04:04:00
        河西學(xué)院學(xué)報 2021年2期
        關(guān)鍵詞:測量信號檢測

        張 潔 平

        (閩西職業(yè)技術(shù)學(xué)院,福建 龍巖 364021)

        引言

        隨著人們生活水平不斷提高,健康環(huán)保意識也不斷增強(qiáng),新型綠色環(huán)保建材應(yīng)用越來越廣泛.硅酸鈣板是一種新型的節(jié)能環(huán)保建材,具有防火、防腐、防潮、質(zhì)輕高強(qiáng)等優(yōu)良特點(diǎn),受到很多裝修業(yè)主的青睞.在裝修過程,若硅酸鈣板厚度不一致,會導(dǎo)致錯位,出現(xiàn)裝修質(zhì)量問題,因此硅酸鈣板厚度也是衡量板材品質(zhì)的一個重要指標(biāo).建材市場對硅酸鈣板厚度測量的精度要求越來越高,而目前一些硅酸鈣板廠通過人工抽檢的方式進(jìn)行板材厚度檢測,不僅每塊板材質(zhì)量得不到保證,而且工作效率也比較低.國內(nèi)用于板材厚度測量的設(shè)備有超聲波測厚儀、射線測厚儀等,這些設(shè)備的測量精度相對較低且體積大,對測量的工藝有著嚴(yán)格的要求,使用過程很不方便[1,2].本文設(shè)計了一種基于PLC的硅酸鈣板在線檢測控制系統(tǒng),利用激光位移傳感器檢測生產(chǎn)線上硅酸鈣板的厚度,經(jīng)過放大器轉(zhuǎn)換后再經(jīng)過PLC進(jìn)行運(yùn)算、存儲和判斷,計算出硅酸鈣板的實(shí)際厚度,與設(shè)定值比較判斷,確定硅酸鈣板的厚度是否合格,并作出相應(yīng)的聯(lián)動信號[3-5].

        1 厚度在線檢測原理

        硅酸鈣板厚度在線檢測控制系統(tǒng)采用一種非接觸式動態(tài)測量方法,控制系統(tǒng)原理框圖如圖1所示.主要由激光位移傳感器、放大器、PLC和觸摸屏組成.以PLC為控制核心,實(shí)時檢測激光位移傳感器輸出信號,計算出測量板的實(shí)際厚度,并做相應(yīng)的輸出處理.在硅酸鈣板生產(chǎn)線的上下側(cè)各安裝一個激光位移傳感器,X1為上傳感器與被測物體之間距離,X2為下傳感器與被測物體之間距離,通過設(shè)置上下兩個傳感器之間的物理距離K值,經(jīng)過放大器轉(zhuǎn)換后再經(jīng)過PLC進(jìn)行運(yùn)算D=K-X1-X2,得到一個最初始的板厚D值;然后對該數(shù)值進(jìn)行存儲,判斷最大值與最小值,等待測量結(jié)束,累計所有測量值S,并減去最大值與最小值,最后求平均值,則該值為最終測量板實(shí)際厚度.根據(jù)已設(shè)定的板厚DS,偏差允許范圍內(nèi)為合格,輸出通過信號,否則,進(jìn)行報警并輸出聯(lián)動信號,并對該板材進(jìn)行剔除.

        圖1 控制系統(tǒng)原理框圖

        2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計

        硅酸鈣板厚度在線檢測控制系統(tǒng)硬件主要是PLC和激光位移傳感器.由于該控制系統(tǒng)PLC主要進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算和存儲,控制點(diǎn)數(shù)少,因此選用OMRON公司的CP1E-NA20DR-A,它是一種小型化設(shè)計的可編程控制器,該CPU內(nèi)置RS232通信,可進(jìn)一步擴(kuò)展,具有大容量存儲器、強(qiáng)大的定位功能、高速脈沖輸入/輸出,還可以進(jìn)行浮點(diǎn)運(yùn)算并具有安全密碼功能.激光位移傳感器采用OMRON公司ZX2-LD100L,用發(fā)射到感應(yīng)物體的激光光線來測量感應(yīng)物體與傳感器探頭之間的距離,且將檢測的距離轉(zhuǎn)換成電氣信號,然后發(fā)送到放大器單元,再傳送至PLC 進(jìn)行數(shù)據(jù)計算判斷.根據(jù)硅酸鈣板測厚控制系統(tǒng)的控制信號,對輸入、輸出信號地址進(jìn)行分配,其I/O地址分配見表1所示,PLC外部接線如圖2所示.

        表1 I/O地址分配表

        圖2 PLC外部接線圖

        3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

        硅酸鈣板厚度在線檢測系統(tǒng)軟件控制流程圖如圖3 所示,系統(tǒng)開機(jī)后,先初始化并進(jìn)行系統(tǒng)自診斷,判斷激光傳感器是否存在異常.其次進(jìn)行模式選擇,若在系統(tǒng)調(diào)試初期,選擇手動模式,測量板為靜止?fàn)顟B(tài),沒有相應(yīng)的限位信號,則可單獨(dú)對靜態(tài)的測量板進(jìn)行實(shí)時測量,并顯示出運(yùn)算的厚度D,同時用千分尺測量板的實(shí)際厚度,兩個厚度數(shù)據(jù)值進(jìn)行比較,以便調(diào)整設(shè)置參數(shù)K值.調(diào)試結(jié)束后進(jìn)入自動模式,測量處于動態(tài)測量,當(dāng)PLC檢測到測量板進(jìn)入測量區(qū)域(S1檢測到上升沿),根據(jù)激光傳感器X1與X2的值,計算當(dāng)前的厚度Di 值,累計次數(shù)Num 加1,累計厚度∑S=S+Di,然后檢測測量板是否離開測量區(qū)域(S2檢測到下降沿),如果測量板未離開測量區(qū)域,則重復(fù)測量板的厚度,直到測量板離開測量區(qū)域,最后PLC系統(tǒng)根據(jù)測量時段所存儲的累計厚度、累計次數(shù)、最大值、最小值等數(shù)據(jù),計算出測量板的平均厚度,且將測量板平均厚度與板厚設(shè)定值進(jìn)行比較,若偏差在±0.3mm內(nèi)為合格,則輸出相應(yīng)的控制聯(lián)動信號進(jìn)入合格品區(qū),否則進(jìn)入不合格品區(qū)并報警輸出信號.

        4 測試與應(yīng)用

        基于PLC的硅酸鈣板厚度在線檢測控制系統(tǒng)設(shè)計完成后,為了驗(yàn)證厚度在線測量的準(zhǔn)確性,在某硅酸鈣板廠生產(chǎn)線進(jìn)行測試運(yùn)行,先選用厚度為5mm的硅酸鈣板進(jìn)行手動模式測量,根據(jù)靜態(tài)測量顯示運(yùn)算厚度和硅酸鈣板實(shí)際厚度,設(shè)定K值為194.26mm,設(shè)定誤差為±0.3mm,實(shí)際厚度測量顯示如圖4所示,經(jīng)6次測量后,測量厚度如表2所示,厚度平均值約為5.111mm,測量誤差為0.111mm,檢測產(chǎn)品合格.為了進(jìn)一步驗(yàn)證硅酸鈣板不同厚度測量的準(zhǔn)確性,分別選用8mm、10mm、12mm三種不同規(guī)格的硅酸鈣板進(jìn)行在線測試,設(shè)定的K值分別為197.22mm、199.44mm、201.19mm,經(jīng)過6次測量,其測量結(jié)果見表3,厚度平均值分別為8.133mm、10.106mm、12.177mm,測量誤差分別為0.133mm、0.106mm、0.177mm.從測試結(jié)果可知,當(dāng)被測厚度增加時,測量誤差也在允許范圍內(nèi),由于被測物體表面不均勻,且是單點(diǎn)移動在線測量,會存在一些測量誤差,但在整個檢測過程中,在線測量控制系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行,測量精度在允許范圍內(nèi),保證產(chǎn)品質(zhì)量.

        圖3 系統(tǒng)軟件控制流程圖

        圖4 觸摸屏顯示界面

        表2 實(shí)際測量厚度

        表3 三種不同規(guī)格的實(shí)際測量厚度

        5 結(jié)語

        利用PLC和激光傳感器進(jìn)行硅酸鈣板厚度在線檢測控制系統(tǒng)設(shè)計,先進(jìn)行手動調(diào)整模式,通過調(diào)整相應(yīng)的激光傳感器位置,設(shè)置合理的K值參數(shù)等,然后在自動生產(chǎn)線進(jìn)入動態(tài)測量模式,測量移動過程中硅酸鈣板的平均厚度,并根據(jù)板厚設(shè)定值判斷出不合格產(chǎn)品.通過在線動態(tài)式測量,不僅提高了檢測速度和測量精度,而且大大提高了生產(chǎn)效率,降低了人工成本,在無塵無振動的生產(chǎn)線上檢測材料厚度具有很大應(yīng)用價值.

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