PLC和觸摸屏在煙花引線機(jī)控制中的應(yīng)用

徐治根

（東莞職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 東莞 523808）

0 引言

絢麗多彩的煙花給人們帶來了多少歡樂和喜慶，但煙花生產(chǎn)的危險(xiǎn)程度卻少有人知道。引線也叫導(dǎo)火索，通過它點(diǎn)燃火藥，爆炸出我們所看到的絢麗，它是由一層皮紙包裹著極易著火的材料做成的，在引線生產(chǎn)車間內(nèi)，高溫、摩擦、碰撞、靜電等都可能導(dǎo)致著火，而一旦著火，車間內(nèi)墻壁、屋頂附著的粉塵將迅速燃燒，一線員工很難脫險(xiǎn)。因此引線生產(chǎn)是煙花生產(chǎn)行業(yè)中最危險(xiǎn)的工種。近年來，引線生產(chǎn)的工藝以及設(shè)備也在一步步的改善，早先的改善工作大多只是停留在機(jī)械結(jié)構(gòu)方面。2011年出現(xiàn)了單片機(jī)系統(tǒng)控制的引線機(jī)控制裝置，基本能實(shí)現(xiàn)簡單的控制，但是這種系統(tǒng)不穩(wěn)定，在生產(chǎn)現(xiàn)場的復(fù)雜環(huán)境中偶爾出現(xiàn)死機(jī)的現(xiàn)象。

隨著電氣控制技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，PLC技術(shù)迅速發(fā)展。PLC以微控制器為核心，緊密結(jié)合通訊技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)。它在可靠性，穩(wěn)定性和抗干擾能力方面有著優(yōu)異的性能；采用圖形化的編程方式，簡單易用。功能完善，通用性強(qiáng)，安裝簡單，維護(hù)方便，使得它在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。觸摸屏簡潔大方，操作方便，它與PLC結(jié)合搭建的系統(tǒng)具有優(yōu)異的人機(jī)交換性能。運(yùn)用PLC和觸摸屏控制引線生產(chǎn)設(shè)備，并運(yùn)用各種傳感器監(jiān)控生產(chǎn)環(huán)境從而減小安全隱患，對于引線生產(chǎn)行業(yè)具有重大的意義。

1 引線機(jī)結(jié)構(gòu)

煙花引線機(jī)主要由自動(dòng)上藥機(jī)和引線成型機(jī)兩個(gè)部分組成。上藥機(jī)主要由料斗、攪拌器、布藥輪和包藥器組成。布藥輪的圓周是槽狀的，料斗中所裝的物料為為粉末狀的極易燃燒物，在料斗的底部有一個(gè)孔，粉末狀物料在攪拌器的攪拌下沿著布藥輪的槽滑落到皮紙上。皮紙和落在它上面的物料在引線軸轉(zhuǎn)力的作用下經(jīng)過包藥器后被卷成引線，引線不停地卷在引線筒上形成成品。煙花引線機(jī)的動(dòng)力來源于單相異步電機(jī)，它的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括主動(dòng)軸，從動(dòng)軸，收線軸，引線軸和連接各軸之間的皮帶。

圖1 煙花引線機(jī)的主要機(jī)構(gòu)及傳感器分布圖

2 引線機(jī)工作中存在的問題與安全生產(chǎn)控制要求

引線成品的直徑必須控制在一定的范圍內(nèi)，太粗和太細(xì)都是不合格品，它由電機(jī)的轉(zhuǎn)速來決定。要生產(chǎn)合格的產(chǎn)品必須將轉(zhuǎn)速限定在一定的范圍內(nèi)。

引線在生產(chǎn)過程中可能由于拉力太緊而斷開，這時(shí)必須及時(shí)停止機(jī)器，否則線頭將在設(shè)備上不停的拍打，很容易導(dǎo)致起火。設(shè)備采用皮帶傳動(dòng)，皮帶使用時(shí)間長了容易松垮甚至斷裂，這時(shí)要及時(shí)更換。機(jī)械的傳動(dòng)部件還包括一系列的軸承，實(shí)踐證明軸承磨損和皮帶松垮磨后會(huì)使設(shè)備的振動(dòng)加劇，可采用振動(dòng)檢測裝置來監(jiān)控傳動(dòng)部件的損壞。

引線安全生產(chǎn)控制要求如下：

1）系統(tǒng)能實(shí)時(shí)測量并顯示出當(dāng)前引線生產(chǎn)的長度，并能設(shè)定所需生產(chǎn)的長度，到達(dá)指定長度時(shí)停機(jī)，并給出警報(bào)和顯示，提示員工處理。

2）系統(tǒng)能根據(jù)用戶設(shè)定的參數(shù)自動(dòng)調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使得生產(chǎn)的產(chǎn)品的直徑滿足要求。

3）當(dāng)生產(chǎn)的引線斷開時(shí)，能及時(shí)準(zhǔn)確地做出判斷，迅速停機(jī)，并給出報(bào)警和顯示，提示員工處理。

4）電機(jī)溫度或者環(huán)境溫度超標(biāo)時(shí)，停機(jī)，并給出報(bào)警和顯示，提示員工處理。

5）機(jī)器振動(dòng)超標(biāo)時(shí)，停機(jī)，并給出報(bào)警和顯示，提示員工處理。

6）料斗中的物料不足時(shí)需要報(bào)警并顯示，提示員工處理。

7）為了節(jié)約控制成本，需要一臺(tái)控制器控制兩臺(tái)制引設(shè)備，兩臺(tái)設(shè)備采用獨(dú)立報(bào)警器，以區(qū)別聲音的方向。

3 引線機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的輸入輸出點(diǎn)不多，考慮到成本以及后續(xù)增加新功能的需要選用三菱FX1N-24MT型PLC，它的輸入、輸出點(diǎn)數(shù)分別是14點(diǎn)、10點(diǎn)晶體管輸出。屬于FX系列中最高檔次的超小程序裝置，可以適用于多個(gè)基本組件間的連接，模擬控制，定位控制等特殊用途，是一套可以滿足多樣化廣泛需要的PLC。觸摸屏選用STN彩色液晶屏LCD F940GOT-SWD-C，分辨率320×240，顯示優(yōu)良，性能穩(wěn)定。

PLC的輸出端點(diǎn)通過固態(tài)繼電器控制單相異步電動(dòng)機(jī)。電機(jī)的功率為550W，額定空載轉(zhuǎn)速2800r/min，固態(tài)繼電器選擇直流5～32V輸入，交流25A220～450V輸出。采用PWM輸出的方式調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

引線長度的測量通過對布藥輪旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)計(jì)數(shù)來獲得，在布藥輪上安裝磁鐵，接近磁鐵的位置安裝固定的霍爾傳感器，當(dāng)布藥輪轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，每次磁鐵經(jīng)過霍爾傳感器正對面時(shí)進(jìn)行計(jì)數(shù)，布藥輪的直徑為7cm，周長約22cm。這種方法還可以測到當(dāng)前轉(zhuǎn)速的信息，根據(jù)這個(gè)轉(zhuǎn)速信息來調(diào)節(jié)PWM的輸出脈沖，從而對電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)快慢進(jìn)行控制，進(jìn)而達(dá)到控制引線粗細(xì)的目的。

振動(dòng)監(jiān)測采用基于ADXL345的振動(dòng)監(jiān)測傳感器，當(dāng)振動(dòng)不在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)時(shí)，它以開關(guān)量輸出。

4 PLC軟元件分配表

軟元件分配表如表1所示。

表1 煙花引線機(jī)軟元件分配表

5 結(jié)束語

將高新技術(shù)引入到傳統(tǒng)行業(yè)對傳統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行改造是很有意義的事情，特別是對于這種高危的行業(yè)。引線機(jī)控制系統(tǒng)的引入減少了引線生產(chǎn)這種高危行業(yè)的從業(yè)人員數(shù)量，同時(shí)讓一線的員工可以盡量少的待在引線生產(chǎn)車間——只是在出現(xiàn)故障的時(shí)候去處理和解決，其他時(shí)間遠(yuǎn)離設(shè)備，遠(yuǎn)離危險(xiǎn)源，從而大大減少安全隱患。

［1］史國生.電氣控制與可編程控制器技術(shù)[M].2版.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005,4.

［2］廣東省職業(yè)技能鑒定指導(dǎo)中心.電工新技術(shù)教程[M].北京:中國勞動(dòng)社會(huì)保障出版社,2007,5.

［3］中國工控網(wǎng)[OL].www.gongkong.com.