基于PLC的一种制刷机控制系统的设计与实现
Design and Realizing of the Control System for the Brushing Machine Based on PLC
童志宝 (电子信息工程学院 浙江万里学院 浙江 宁波 315100)
Tong Zhibao ( Faculty of Electronic and Information Engineering , Zhejiang Wanly University, Ningbo )
摘要：设计和实现了利用PLC、MHI与变频器组态控制使得制刷自动化。步进控制编程简化了PLC控制程序，并用主控指令和条件指令解决了暂停后恢复控制的程序设计问题。
Abstract：Using the technology of PLC， HMI and invert , which is finished Configuration Control ,so that is auto for brushing machine. Method of stepping sequence is simple for the control program .The design are solved that is stopped control and restored control on the instructions mastor and instructions conjection
关键词： PLC;组态控制;制刷机
Keyword: PLC; Configuration Control; Brushing Machine

1、引言
瓶刷是一种特殊制刷产品【1、2】，广泛用于玻璃试管、烧杯等器具洗刷。利用PLC、变频器和触摸屏控制技术完成制刷工艺自动化，替代传统加工方式，提高了加工效率，也确保了产品的质量。
2、 制刷工艺与控制要求
图1为制刷工艺示意图，主要工艺有引丝与剪切、铁丝初次成形、放毛、送毛、铁丝二次成形、绞毛和飞毛等，其设备主要机构是由引丝、放毛、送毛、绞毛和飞毛等组成。

图1 制刷工艺示意图
引丝机构 垂直引丝机械手指将铁丝从底部抽上来后，再剪切下端，等待水平机械手指进行一次成形。
送毛机构 放毛电机将毛箱中毛束通过传动链送出，再通过由手指、手腕与手臂组成的机械手从链上毛束移到已一次成形的铁丝上，准备二次成形。
绞毛机构 以绞毛电机为动力，将毛束经二次成形，并将铁丝的毛束拧成一定间距和形状，待剪切及飞毛。
工艺要求与控制特点：
① 产品参数修改和手动调试；
② 半自动或全自动加工产品；
③ 工艺中断处理。铁丝保护时停止和恢复工作，即缺铁丝置位保护，待故障排除后，能继续工作；缺毛暂停保护，即缺毛时可点动控制，待故障排除后，能继续工作。
④ 互锁保护。引丝手指上下、绞毛座进退和机械手移动三者必须互锁；主轴计数结束，引丝手指退回后，才能送毛，否则就会损坏工作机构。
3、控制系统的设计
3．1 硬件设计【3】
图2为控制系统组成图。主控器采用三菱PLCFX1N-60 MR，36点输入，24点输出，其输入输出分配见表1。台达触摸屏DOP-A57GSTD用于控制命令输入、参数调整和显示等。变频器均为三菱FR-S520SE-1.5k-CHT，分别驱动送毛电机和绞毛电机，并专用变频电机。为了确定绞毛起始位置精度，其电机选用带制动器的变频电机【4】。

图2 控制系统图 图3 触摸屏主菜单


表1 输入输出分配表
地址 功 能 地址 功 能
X0 绞毛计数 Y4 绞毛座进
X1 送毛计数 Y5 绞毛座退
X2 启动 Y6 绞毛手指夹紧
X3 急停 Y7 引丝手指夹紧
X4 引丝上限 Y10 送毛手臂缩回
X5 引丝下限 Y11 送毛手臂伸出
X6 绞毛座右限 Y12 送毛手指伸出
X7 绞毛座左限 Y13 送毛手指夹紧
X10 手臂伸出 Y14 送毛手腕抬起
X11 手臂缩回 Y15 扶毛
X12 缺毛保护 Y16 毛束手指夹紧
X13 铁丝保护 Y17 放单色毛
Y0 绞毛电机变频 Y20 放双色毛
Y1 送毛电机变频 Y21 剪刀伸出
Y2 引丝下 Y22 剪刀剪切
Y3 引丝上

3．2 触摸屏菜单设计
触摸屏（HMI）作为人机界面，便于控制系统命令输入和运行状态显示，还可节约PLC的输入资源【3、5】。在本控制系统触摸屏主菜单见图3，除了触摸屏还有如下设置：
① 调整参数：单色、双色、毛束长、空毛长和绞毛转数等；
② 记录产品运行：运行时间、产品个数；
③ 显示故障：缺毛、钩丝；
④ 调用存储程序。
3．3 软件设计
系统程序分手动调试、半自动和全自动。手动调试是考虑到半自动或全自动运行前先对加工的产品设置相关参数。全自动顺序控制程序采用顺序控制方法【5】，并对毛束传递和铁丝一次两个过程用并行分支控制，以缩短产品加工周期，其控制框图见图4。
3．4 缺毛和铁丝保护
当机器出现铁丝传送受阻或打钩等故障时，机器就要暂停，即控制程序就要停留在某一状态，此时所有手指或手腕应保持故障前的状态，而其他工作应暂停，待故障排除后，继续工作。图5为缺毛和铁丝保护程序，利用主控指令MC/MCR、条件指令CJ及状态暂停转移辅助继电器M8040能解决铁丝保护时暂停后恢复继续工作。


图4 自动控制程序状态图 图5 缺毛和铁丝保护程序

4、 结束语
组态设计便于工艺参数输入和修改、逻辑控制和运行显示，变频器调速简化机械传动机构，PLC控制系统稳定，运行可靠，制刷工效高，故障率低。

参考文献
【1】 童志宝．瓶刷机的控制系统【J】．轻工机械， 2008,3:50-60
【2】 童志宝．Compumotor 伺服控制器在数控植毛机械中的应用【J】． 机电产品开发与创新， 2007,2:78-79
【3】 阮友德．PLC、变频器、触摸屏综合应用【M】．
中国电力出版社，2009,1
【4】 杨耕 电机与运动控制系统【M】．清华大学出版社，2006,3
【5】 岳庆来．变频器、可编程序控制器及触摸屏应用技术【M】．机械工业出版社，2006，6