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周子建
（北京和利時自動化驅動技術有限公司，100176）
摘 要 花炮卷筒機的自動精確運行是提高花炮產量和安全生產的基礎。基于和利時公司LM系列PLC的花炮卷筒機控制系統，可實現整個生產過程的手/自動控制和生產狀態（包括運行流程、故障報警）的監控，控制系統具有操作簡單和人性化等特點，這對花炮生產企業提高生產率和生產安全性具有重要意義。
關鍵詞 PLC；人機界面；花炮卷筒機控制系統
1 引言
我國是全球煙花爆竹的生產大國，產品出口100多個國家和地區，僅在“花炮之鄉”瀏陽市，2008年的產值就高達100多個億，創稅10多個億，成為當地經濟的支柱產業。然而作為這樣一個歷史悠久、規模巨大的傳統產業，目前的生產處在十分落后的狀態。隨著我國花炮產業入高速發展時期，加速花炮機械化、自動化生產，是花炮行業提高產量和安全生產的基礎。
中國目前花炮卷筒機的控制系統有兩種方式，一種采用炮卷筒機專用控制器，另一種采用PLC控制。由于專用控制器都是基于單片機開發而成，它的抗干擾能力和穩定性比PLC要差，而這對于花炮生產的持續性和穩定性尤為重要。
2 系統設計
花炮卷筒機的動作主要有：送紙、壓輥、抱紙、卷筒、加水、加膠、切紙、切筒、進筒燈一系列工序。根據工序的特點，在PLC的控制程序里有手動和自動控制兩種控制模式。在手動控制模式下，可以單獨對每一個工序的動作進行控制；當切換到自動控制模式，PLC程序會根據預先設置好的流程來控制卷筒機工作，不需要人工干預。所有的這些手動操作和手/自動信號的切換都是通過觸摸屏進行的。
系統工作流程：
1：上電 （上電檢查、筒原始位、推筒退限位、壓輥下限位、抱紙下限位是否在原始位置）
2：啟動 （條件：上電檢查正常，手動/自動轉換開關在自動位置）
3：第一送紙 （要求：速度可調、長度能達到500mm、有延時）
4：壓輥 （要求：第一送紙長度達到，有延時）
5：抱紙 （要求：壓輥動作完成，有延時）
6：卷筒、第二送紙 （要求：抱紙動作完成；卷紙以及送紙都要求有延時，送紙長度達到設定長度卷紙電機停止運行；送紙長度最長要求達到3000mm以上，第二送紙速度可調）
7：切紙 （條件：送紙長度達到設定長度，送紙電機以及卷紙電機停止運行；有延時；時間可調，時間在1S以內，精確到小數點后一位）
8：卷筒 （條件：切紙動作完成；時間可調，時間在5S左右，精確到小數點后一位）
9：切筒、抱紙下 （條件：卷筒完成；卷紙動作完成之后抱紙電磁閥動作，抱紙汽缸上的下限位磁性開關觸發，切筒動作開始；要求：切筒動作時間可調，時間在9S左右，一般為整數，切筒動作有延時）
10：壓輥下 （條件：切筒動作完成，切筒原始位磁性開關點亮）
11：推筒進、第一送紙 （條件：壓輥下動作完成，切筒原始位以及壓輥下限位在原位）
12：推筒退 （條件：推筒進限位點亮）
13：壓輥： （切筒原始位、推筒退限位、壓輥下限位、抱紙下限位在原始位置、第一送紙長度達到）
……一直按上述循環
系統的控制流程如下：
在此流程圖里，“紙長”是指卷成一個炮筒的紙張長度，在實際控制的過程中，每一個節點的紙長由送紙電動機（步進電機）來控制。和利時LM系列的PLC帶有脈沖輸出功能，能夠根據PLC程序輸出規定個數的脈沖串（PTO）或者脈寬可調的周期性脈沖信號（PWM），輸出的脈沖串通過電機驅動器精確的控制步進電機的運轉，從而達到控制節點紙長的目的。此外，LM系列PLC具有高速計數功能，從而可以監視步進電機反饋回來的脈沖信號，經過簡單的轉換，就可以在程序里監視紙長的真實情況。
在PLC程序里，把每一個氣動閥、每一個電機的操作狀態和運行狀態（包括運行時間、啟動次數）記錄下來，上傳到人機交互界面上。人機界面設計如下
3 PLC硬件配置
根據上述控制流程設計，輸入輸出信號清單如下：
表 3-1 輸入輸出信號清單
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序號 |
信號類型 |
輸入輸出信號說明 |
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1 |
DI |
壓輥上限位開關 |
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2 |
DI |
壓輥下限位開關 |
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3 |
DI |
退筒進限位開關 |
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4 |
DI |
退筒退限位開關 |
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5 |
PI |
送紙電機反饋脈沖信號 |
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6 |
DI |
緊急停止按鈕開關 |
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7 |
DI |
手自動切換 |
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8 |
DI |
送紙電機故障 |
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9 |
DI |
轉筒電機故障 |
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10 |
DI |
退筒電機故障 |
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11 |
DI |
壓輥氣動閥故障 |
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12 |
DI |
加水氣動閥故障 |
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13 |
DI |
刮膠氣動閥故障 |
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14 |
DI |
切紙氣動閥故障 |
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15 |
DI |
切筒氣動閥故障 |
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16 |
DI |
抱紙氣動閥故障 |
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17 |
DO |
步進電機啟動/停止 |
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18 |
PO |
步進電機脈沖輸出 |
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19 |
DO |
轉筒電機啟動/停止 |
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20 |
DO |
退筒電機前進/后退 |
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21 |
DO |
退筒電機啟動/停止 |
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22 |
DO |
壓輥氣動閥啟動/停止 |
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23 |
DO |
加水氣動閥啟動/停止 |
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24 |
DO |
刮膠氣動閥啟動/停止 |
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25 |
DO |
切紙氣動閥啟動/停止 |
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26 |
DO |
切筒氣動閥啟動/停止 |
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27 |
DO |
抱紙氣動閥啟動/停止 |
4 應用特點
基于LM系列PLC的花炮卷筒機控制系統具有如下特點：
ì 穩定性和安全性
PLC和觸摸屏都通過了CE認證、EMC測試，可以在比較惡劣的工業生產現場工作，抵御各種惡劣條件的能力較強，這就為持續生產提供了必要的保障。此外系統提供了一鍵緊急停止按鈕，當現場發生生產事故或某個設備發生故障需要停車的時候就可以快速的一鍵停止操作。
ì 操作簡單
觸摸屏上的操作界面非常人性化，每個設備環節的運行狀態都有提示，每一步操作都有相應的說明，互鎖的操作按鈕都會相互鎖定，增強了操作安全性、降低了操作門檻。
ì 可維護性
由于對系統中的每一個設備都做了故障狀態、運行狀態、操作狀態記錄和保存，日常事故的追蹤和設備的維護都變得更加簡單。
參考文獻
[ 2 ] 方承遠，工廠電器控制技術[M]，機械工業出版社.
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