板材堆垛全自动包装PLC控制系统设计

一、引言

　　矿棉吸声板是本企业去年投产的一种新型建筑装饰材料。引进90年代最先进的日本全套板材自动生产线，可以同时生产不同厚度，不同规格，不同花色的矿棉吸声板，但由于日本原装包装线设备费用昂贵，且国内并无此种板材堆垛全自动包装线，所以由我中心开发本自动包装线并已投入使用。

　　本自动包装线是板材自动生产线的后继设备，由于矿棉板的成品板(规格：300mm×600mm)是分两路并排由干燥窑输送出来的，所以本自动包装线也具有两路独立的分流，翻板，堆垛系统，最后经包装段统一到一起，再进入塑封段完成包装任务。按工艺要求本包装线应该能够实现： (1)自动翻板，即把第一块板经翻转后扣放在第二块板上，使两块板保持面与面的接触。(2)自动堆垛，即把经翻板后的不同规格的对板按不同数量堆成一垛。 (3)自动装箱，即用机械手把堆成一垛的板放在纸箱板上，经本工段后把一垛板自动包装，粘合好成一箱。(4)塑封，即把装成的箱进行塑料封装。

二、控制系统主要设备及控制方案

　　本自动包装线是典型的逻辑顺序控制生产线，有繁多的检测元件，逻辑关系复杂，实现动作难度大，I/O点数近400多个。其受控设备除变频器，执行气缸还包括一套单轴交流伺服系统和一套喷胶系统。由于生产线较长，执行设备相对独立集中，因此按照设备可就近控制的原则，在中央控制柜下分段设立三个子控柜。采用OMRON-C200HG构成的远程I/O系统来完成控制方案，其控制系统结构如图所示：

　　上图使用Omron-RM201主站单元由RS485通讯口与三个Omron-RT201从站单元连接。伺服系统由OHM ODC-1001控制器和PanasoNIc DV80X驱动器及伺服电机组成。伺服可以用输入器(ODC-1001)或由中央控制柜面板直接控制，它由PLC的两个独立的I/O单元对控制器进行控制。喷胶系统具有独立的溶胶温控线路，由PLC提供喷胶电磁阀的控制信号。本自动包装线有如下功能：

　　(1)全线自动运行;

　　(2)各工段独立自动运行;

　　(3)现场设备就地控制手动运行;

　　(4)各控制柜设有急停按钮，机械手，伺服机均设有特殊急停按钮。

三、控制系统设计

　　本自动包装线的控制系统程序设计，使用OMRON SSS软件用梯形图直接编程，井进行现场调试和程序监控。经过现场调试使本系统能够符合现场的各种工作条件而且操作极为简单，能够对故障和人为的干扰进行判断，分析，实现简单智能化功能。本程序采用模块化设计思想，分工段可独立操作完成本工段的工作，模块之间井用连锁和互锁条件建立关系，全线自动或分段自动时信号可互相调用。下图为包装线包装段的控制逻辑图：

　　伺服机的前进是由三个工位工作的完成情况来控制的。在本系统上电初始时，伺服机先回原点，由于此时三个工位上都没有工件，因此必须由纸箱站开始，伺服机一个工位一个工位的前进。当纸箱站吸纸板完成后伺服机就执行程序，当伺服机停止时，纸箱站再吸一个纸板完成本工位工作，但此时伺服机并不能再向前进，只有装箱工位在机械手放完一垛板后伺服机才能前进到下一个工位。此时纸箱站处再吸一个纸板，装箱工位再放一垛板，此时就必须再等粘箱工位把纸箱全部粘合完成，伺服机才能再向前走以后三个工位便同时动作，伺服机便不断工作下去。这段程序的逻辑动作比较复杂，关键是抓住伺服机前进这一目的。在完成本段初始化设计中使用了SEUREST指令，用起来方便有效。在这一段的程序设计中关键考虑这样几个问题：

　　①PLC的电源只有当工厂大修，或长时间不生产时才断开，而在每班次结束或休息时只须在面板上实现软关机，此时PLC仍为RUN状态。伺服机也同样只须软关机。因此伺服机必须能够区别是PLC断电再开还是软关机后再开。

　　②由于伺服机的运动轨迹与机械手的运动平面是相互垂直的，而且它们又是由两个独立的子控系统控制的，因次在机械手伸出的条件中必有两个信号：上升旋转气缸的得电信号A和伺服程序段结束信号B。当A信号接通时说明此工位有板，伺服机处于等待另两个工位的完成信号，伺服机即将运行。此时即使B信号接迪机械手是伸不出的。当B信号接通时说明伺服机己完成程序，可以进行本工位操作。当A断开时，由于此时伺服机正处于运行状态，因此只有当两信号同时满足时才能向装板工位装板。

　　③由伺服机连接起来的三个工位，每个工位执行元件大都是由电磁向控制的气缸完成的，所以在气缸气压不足，机械限位松动以及其含意外故障都会影响本工位工作完成情况，拖延动作时间，它将导致堆垛，翻板，和输送段的堵板。因此在设计中可以节拍为依据，对每一个必须到位的气缸均设时间监测及故障报警伺服系统由 OHM ODC-1001和Panasonic DV80X组成，采用示教方式编程控制。

　　OHM I/O信号接口共有48个端子。我们采用集电极开路控制方式，把脉冲输出端等用双绞屏蔽线引至DV80X的CN I/F端子用来控制脉冲和脉冲符号输入。同时把程序选择端子CHA CHB及启动信号引到端子接进PLC的输出模块，作为伺服的程序选择通道信号。选择STANDBAY作为伺服程序结束信号接进PLC的输入模块，当PLC 接受到此信号时就可以进行生产线上的其他动作。另外我们由PLC输出端引出一个回原点信号，使伺服机在进行规定的程序后，因负公差重新向前找回原点。原点信号选用反射式光电开关，使总累计误差在-0.lmm以内，能够满足精度要求。在开关电源的选择上，伺服24V电源容量不能太小且需单独使用与PLC用 24V之间应严格区分避免干扰，因此PLC在模块选择上也同样要注意这个问题，尽量避免伺服信号与其他信号混放在一个模块中，同时可以优先考虑使用独立 COM端的PLC模块。伺服控制程序(INC方式编程)如下：

　　STEP1 DIM=(0000.0000

　　STEP2 POS=+787.9800

　　OUT=OOOO

　　SPEED=100

　　SLOPE=30

　　STEP3 POS=+42.00001

　　OUT=0000

　　SPEED=50

　　SLOPE=30

　　STEP4 POS=+12

　　STEP7

　　STEP6 END

　　STEP7 RTN

　　STEP8 END

　　塑封段主体设备为一台连续式电阻炉，它的温度控制主要由两部分组成：SR-73PID温控表和固态调压器(或采用PAC03A三相调压控制器)。温控表通过K型热电偶输入模拟量，输出4-20VDC电压来控制三块固态继电器SSR(或直接控制PAC03A三相调压控制器)，每个固态继电器(或控制器)又分别带若于加热管。固态调压器则由电位器来控制输出，每个固态调压器也分别带若干加热管。温控表和固态调压器的总控则由PLC来完成。这样塑封炉膛内温度就可以分段全控，分段调压，分段直接启动，能够把温度控制在180℃左右，对己包装的箱体进行塑封。本段的其他动作如推箱，封切，放膜等均由PLC进行控制。

四、结论

　　建筑板材是现在较为流行的新型建筑装饰材料，但是由于装饰板材的结构特点：面积大，体积小，边角易损，表面脆弱等，所以对于其产成品的包装，就成了急需解决的问题。现在我国的建材企业，大多都是采用手工包装，工人劳动强度大，产成品质量没有保障。自本自动包装线在本企业投入使用后，基本解决了以上问题，极大提高了产成品合格率，减少生产线工人近3/4，深受用户好评。