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案例頻道 密封條被廣泛的應用于各種門窗中（如汽車、船艙和家庭等），隨著汽車市場的擴大，密封條的需求量也會越來越大；而且各種使用場合，對密封條的要求越來越高，因而對產品尺寸要求也越來越嚴格。現在的尺寸自動測量控制系統多數應用在金屬行業，而密封條等非金屬由于軟、縮脹比等造成測量不易，所以對其尺寸控制的研究還處在一個初級階段。當前密封條尺寸測量控制系統基本處于手動測量階段，它存在以下缺點：勞動強度大，測量結果受勞動者影響較大；測量過程中不能及時反饋，影響產品的質量；生產效率低，原材料利用率低；工作環境比較惡劣。采用在線測量及PLC技術并結合變頻調速后，能實現擠出機轉速自動調整，從而自動控制密封條尺寸，保證產品質量具有重大的實際意義。
1 總體設計
密封條的生產工藝過程：先將原材料進行粉碎，成顆粒狀。進行加工時，將原料通過加料口加入，然后通過擠出機將密封條擠出。從擠出機擠出的密封條根據材料的不同要分別通過傳送帶送入烘烤箱進行烘烤固化而定型（如橡膠制品）或經過水槽冷卻成型（如PVC制品）。
1.1 設計要求
每條生產線有兩臺電動機，分別控制擠出機和牽引機的轉速。要求是在電機啟動前先輸入兩電機分別對應的轉速，然后啟動電機，電機啟動后測量密封條的尺寸，測量的尺寸跟要求的尺寸進行比較，如果在公差范圍內，則繼續生產，如果超出了公差范圍，則只調整擠出機上的主電機的轉速，而轉速調整要求逐漸增加，而不能突變，最終使產品合格。并要求完成尺寸顯示、轉速顯示、超差報警等功能。其中要求測量的尺寸范圍為0.1～25mm，尺寸公差為±0.01mm。
1.2 總體設計方案
其總體設計結構如圖1所示：
該系統包括三大模塊：光學測量模塊、PLC控制模塊、變頻調速模塊。其中由于密封條的原材料是橡膠、塑料或二者的混合，這樣在測量時就要采取一定的措施。密封條從擠出機擠出時，溫度高且比較軟，從而不能采取傳統的測量方法，只能采用非接觸測量方式，利用光源和光電耦合器件來組成光學系統，對密封條的尺寸進行測量[1]。從光學測量系統測出密封條的尺寸，并經過濾波、放大等處理，然后將測得尺寸值送入PLC與要求的尺寸值進行比較，根據比較的結果來調整變頻器的輸入電壓，從而調整變頻器的頻率，通過變頻器頻率的變化來調整電機的轉速。如果測量值大于理論要求的值，則降低輸出電壓，反之，則增加輸出電壓。最終使尺寸在公差范圍內，滿足生產的需要。
圖1 系統結構圖
Figure 1 system structure
1 變頻調速
變頻器采用原廠已有的嘉隆變頻器，這樣可以降低改造成本，而且也便于廠家的使用。變頻器的控制可以采用模擬量0～5V,0～10V或4～20mA。考慮到要由PLC來控制，并且便于控制的實現，最后采用了0～5V的模擬量輸入[2]。
其中電壓與頻率對應關系曲線如圖2所示：
圖2 電壓頻率曲線
Figure 2 curve of voltage and frequency
由圖可知電壓與頻率之間是線性關系，這為整個系統的控制提供了很大的方便。
1 PLC控制模塊
PLC控制模塊是控制系統中很重要的一個模塊。其中包括型號的選取、軟件的編寫等。
1.1 PLC類型及型號的選擇
目前國內外各生產廠家生產的PLC產品品種繁多、型號各異、規格也不統一。根據使用要求，尤其是根據性價比，采用日本三菱公司的FX2N系列PLC。由于密封條尺寸測量控制系統的輸入、輸出點數不是很多，又考慮到應增加10%～20%的備用量，以便隨時增加控制功能，采用FX2N-16MR-001型號的PLC，I/O(輸入 / 輸出)點各為8個。由于變頻器的輸入為0～5V的模擬量輸入，所以PLC需要加一個特殊功能模塊D/A轉換。為此選用FX2N-4DA的功能模塊，此功能模塊有4路模擬量輸出[3]。因為有兩臺電動機，這可以滿足生產的需要并留有一定的裕量。
3.2 軟件部分
軟件部分主要是通過應用FXGPWINV330的三菱 PLC編程軟件進行編程，并采用了模塊化的設計思路，來實現對變頻器轉速的調整。其主程序的的流程圖如圖3所示：
其中初始化主要完成產品型號及對應的主電機與牽引電機的轉速的輸入。
圖3 軟件流程圖
Figure 3 flow chart of the software
電壓與頻率的線性關系的PLC指令程序如圖所示：
1 結論
控制系統已投入使用，其運行的可靠性和穩定性得到驗證。控制系統不僅使手動控制變為自動控制，降低了勞動者的工作強度，提高了生產效率，降低了生產成本，而且優化了工作環境，并為將來進行分布式控制作好了鋪墊。
參考文獻：
[1] 王慶有.CCD應用技術[M].天津：天津大學出版社，2000.
[2] 嘉隆變頻器JVF-A使用手冊[M].嘉隆變頻器廠家.
[3] 俞國亮.PLC原理與應用（三菱FX系列）[M].北京：清華大學出版社，2005.
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號