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                                              刨花板生產線攪拌機的控制系統設計

                                              刨花板因其幅面大、品種多、機械加工性好而
                                               
                                              [1]
                                              廣泛用于家具、建筑及裝潢等行業 。影響刨花板質量和生產效率的主要因素有成品料溫度、配比精度、攪拌時間等; 保證刨花板生產線安全、正常工作的主要因素有: 原料比和連續投放原料之
                                               
                                              [2 - 3]
                                              間的邏輯連鎖關系、攪拌機的攪拌狀態等 。為保證刨花板的安全、**和高效生產,有必要對刨花板生產線攪拌機實行自動控制。在控制系統設計**域,單片機與可編程控制器( programmable logical controller,PLC) 控制方案的應用**為廣泛 。本文對單片機和 PLC 兩種控制方案進行了對比分析,從中選擇合理的控制方案進行刨花板生產線攪拌機控制系統的設計。
                                               
                                              1 單片機和 PLC 控制方案比較分析
                                               
                                              1. 1  單片機控制方案
                                               
                                              系統的總體結構框圖如圖 1 所示。該系統是雙參量隨動系統,讓刨花量和膠量保持一定的比例關系,使膠量隨刨花量的變化而變化,保證刨花量和膠量的基本穩定,從而保證刨花板生產質量。


                                              根據控制要求,刨花回路采用比例控制膠回
                                              路,使膠量準確跟蹤刨花量。4 × 4 薄膜鍵盤用于
                                              數據設定、隨動方式選擇等; 3 排 8 位 LED 顯示器
                                              用于顯示比例數、刨花量和膠量,也用于閃爍報
                                              警; 80C552 的兩路 PWM 脈沖寬度調制輸出經隔
                                              離和后向通道平滑后,變為 4 ~ 20 mA 的電流信
                                              號**供膠系統和送刨花系統,控制腔泵電機和螺
                                              旋給料電機的轉速。壓力傳感器、電磁、流量傳感
                                              器連續不斷地檢測刨花量、膠量,并將信號傳遞**
                                              80C552; 80C552 將刨花設定值和反饋值作差值運
                                              算,取**值后乘以比例系數 P,再控制 PWM 的
                                               
                                              輸出。當隨動方式選擇為膠跟隨刨花后,刨花的
                                              反饋量用作膠的給定量; 反之,膠量單獨給定。
                                              1. 2  PLC 控制方案  
                                              攪拌機工藝流程圖如圖 2 所示,刨花由刨花
                                              料倉供給,用稱刨花斗檢測刨花量; 膠由膠倉供
                                              給,用稱膠斗檢測膠量。刨花和膠按一定比例送
                                              到攪拌機內攪拌,然后混料供給下一工序( 熱壓
                                              機) 熱壓成型。  


                                              機系統的研制時間,又可保證系統性能。    
                                                本系統為單一工程項目,選用 PLC 控制方案
                                              較理想。        
                                              2 控制系統硬件設計        
                                                         
                                                         
                                              2. 1 模擬量輸入模塊的選用        
                                                模擬量輸入用于對外部物理量的檢測,通常
                                              外部物理量為: 料位、壓力、流量、溫度、重量、位移
                                              等連續的非電量,使用儀表將其轉換為連續變化
                                              的電量; 還有一些物理量本身即為電量,如: 電壓、
                                              電流、功率因素,有功或無功功率等,模擬量輸入
                                              模塊也不能直接接收這些信息,而是從檢測儀表
                                              將其轉換為可接收信號。因此,選用模擬量輸入
                                              模塊需要考慮模擬量使用電信號的輸入范圍,以
                                              及模擬量的數值對應關系。本設計采用了三菱
                                                [7] ,它是 FX
                                              FX - 4AD 特殊功能模擬量輸入模塊  
                                              系列專用的模擬量輸入模塊,具有 4 個輸入通道
                                              ( CH) ,通過輸入端子變換,可以任意選擇電壓或
                                              電流輸入狀態,很好地滿足系統設計需求。    
                                              2. 2 PLC 的選型        
                                                系統要求記錄生產過程中各種材料數據所選
                                              用的 PLC **可配置 A /D 模塊,功能模塊和數據
                                              運算需要 PLC 提供較豐富的特殊功能指令和數
                                              據處理指令。滿足了設計指標的技術要求。為
                                              此,選用了 FX2N - 48MR PLC,系統使用了 9 個開
                                              關量輸入信號、2 個模擬量輸入信號、7 個計時器,
                                              程序容量為 8K / 步,I/O 點數為 256 個   ,12 位的
                                                [8]      
                                              A /D 轉換器可使刨花料稱量分辨率達 0. 5 kg。  
                                                   
                                              2. 3 I /O 接線        
                                                         
                                                可編程控制器的對外功能主要是通過各類接
                                              口模塊的外接線,實現對工業設備或生產過程的
                                              檢測與控制。通過 I /O 接口檢測所需的過程信
                                              息,實際生產中的電平信號多種多樣,外部執行機
                                              構所需的電平也是多種多樣的,可編程控制器的
                                              CPU 所處理的只能是標準電平,正是實現了這種
                                               
                                                ,       ,
                                              信號電平的轉換 并將處理結果傳送給外部過程  
                                              驅動各種執行機構,實現工業生產過程的控制。  
                                                為了適應各種過程信號,相應的有許多種 I /
                                              O 接口模塊。例如,數字量輸入模塊、數字量輸出
                                              模塊; 模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊。在這些
                                                    [9],  
                                              模塊中又包含了各種不同信號電平的模塊 滿
                                              足工業過程的不同需要。        
                                                FX2 系列可編程控制器由基本單元、擴展單
                                              元、擴展模塊、特殊功能模塊和編程器等構成,僅用基本單元或將上述各種單元組合起來使用均可。不管用哪種基本單元與擴展單元或擴展模塊組合,均可使所控制的輸入 / 輸出點數達到 256 個。根據輸入輸出點數,設計的 PLC I /O 接線圖如圖 3 所示。


                                              3  控制系統軟件設計  
                                                 
                                                 
                                              將攪拌機的整個控制過程分解成 4 個不同的
                                                 
                                              模塊: 通道設定及初始化、稱膠過程、稱刨花過程
                                              , [10],
                                              及小車運料過程 對這些模塊分別進行設計
                                                ,
                                              再把它們重新組合為一個完整的控制系統 本文
                                              主要對其中的稱膠過程和稱刨花過程進行分析。
                                              3. 1  稱膠過程  
                                              程序梯形圖如圖 4 所示。步進指令 S21 上
                                              跳,M13 接通一個掃描周期,稱膠開始。M13 接
                                              通,放膠稱量值數據寄存器 D3 清零,Y0 置 1,膠
                                               
                                              倉門開,膠倉開始放膠到膠斗中,并將 A /D CH2
                                              采入的膠值與 80% 膠給定值比較。當稱量值大于
                                               
                                              等于 80% 給定值時,Y0 復位,膠倉關門。Y0 下降
                                              沿使 M2 接通一個掃描周期,M1 置 1,系統將第 1
                                              次稱量值放入 D3 寄存器中寄存。此時若允許膠
                                              補稱修正量標志 M0 = 1,膠斗開始第 2 次稱量。


                                              步進指令 S22 上跳,使 M14 接通一個掃描周
                                               
                                              期。M14 接通,置 Y0 = 1,膠倉門再次打開,開始
                                              稱膠修正量。系統將 A /D CH2 采入的膠稱量值
                                               
                                                  ,    
                                              與修正膠稱量給定值比較 若稱量值大于等于修
                                              正膠給定值,Y0 復位,膠倉門關閉。關閉膠倉門
                                              后 T4 延時 2 s,將計入落差的膠重量值放入 D3 中
                                               
                                              寄存,此時膠已全部稱量完畢,就等石料放料完畢
                                               
                                              后放膠到拌缸中,即 T3 = 1 時,S23 = 1。  
                                              S23 上跳,膠斗打開放膠到拌缸中,膠斗開門
                                              限位 X4 = 1,延時 2 s 放石粉,結石粉斗關門后再
                                              關膠斗,則   , 上跳, ,膠
                                                S23 = 0 S24 = 1。S24 Y2 = 1  
                                              斗關門,關門限位到 X0 = 1。若要系統連續工作,
                                              ,      
                                              則 X4 = 1 重復膠稱量過程。    
                                              3. 2  稱刨花過程分析    
                                              步進指令 S25 上跳,M15 接通一個掃描周期。
                                              M15 接通,刨花實際稱料量數據寄存器 D4 清零,
                                                , ,    
                                              接著 Y4 置 1 刨花倉門打開 開始往刨花斗里放
                                              刨花。系統將 A /D CH2 采入的刨花稱量值與刨花稱量給定值比較。當稱量值大于等于刨花給定值時 Y1 復位,刨花倉門關。關刨花倉門后 T6 延時 2 s,將計入落差的刨花重量放入 D4 寄存器寄存。等膠放料后 2 s 將刨花放料到拌缸中,則 S25 = 0,S26 = 1。
                                               
                                              程序梯形圖如圖 5 所示。S26 上跳,刨花斗打開放刨花到拌缸中。刨花斗開門限位到 X3 = 1,T7 延時 2 s,S26 = 0,S27 = 1,程序進入下一步。
                                               
                                              S31 上跳,刨花斗關門。關門限位到 X5 = 1,若要系統連續工作則 X7 = 1,重復刨花稱量過程。
                                               
                                              4 總結

                                               
                                              選用 PLC 對刨花板生產線控制系統進行設計,采用模塊化思想將攪拌機的整個控制過程分解成幾個不同的模塊分別進行設計,再把它們重新組合為一個完整的控制系統。通過實際體驗表明,采用 PLC 的步進指令能方便地實現順序、分支和并行控制,而基于 PLC 的刨花板生產線攪拌機控制系統具有可靠性高、控制程序簡單、輸入輸出端子使用少等特點。

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