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     周子建，華中科技大學畢業(yè)，學士學位，研究方向為自動控制，現(xiàn)任北京和利時自動化驅(qū)動技術(shù)有限公司區(qū)域技術(shù)支持。

    摘 要 花炮卷筒機的自動精確運行是提高花炮產(chǎn)量和安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)。基于和利時公司LM系列PLC的花炮卷筒機控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)整個生產(chǎn)過程的手/自動控制和生產(chǎn)狀態(tài)（包括運行流程、故障報警）的監(jiān)控，控制系統(tǒng)具有操作簡單和人性化等特點，這對花炮生產(chǎn)企業(yè)提高生產(chǎn)率和生產(chǎn)安全性具有重要意義。

    關(guān)鍵詞 PLC；人機界面；花炮卷筒機控制系統(tǒng)

    1 引言

                    

    我國是全球煙花爆竹的生產(chǎn)大國，產(chǎn)品出口100多個國家和地區(qū)，僅在“花炮之鄉(xiāng)”瀏陽市，2008年的產(chǎn)值就高達100多個億，創(chuàng)稅10多個億，成為當?shù)亟?jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)。然而作為這樣一個歷史悠久、規(guī)模巨大的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，目前的生產(chǎn)處在十分落后的狀態(tài)。隨著我國花炮產(chǎn)業(yè)入高速發(fā)展時期，加速花炮機械化、自動化生產(chǎn)，是花炮行業(yè)提高產(chǎn)量和安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)。

    中國目前花炮卷筒機的控制系統(tǒng)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(fā)而成，它的抗干擾能力和穩(wěn)定性比PLC要差，而這對于花炮生產(chǎn)的持續(xù)性和穩(wěn)定性尤為重要。

    2 系統(tǒng)設(shè)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(jù)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(jù)預先設(shè)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(tǒng)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(zhuǎn)換開關(guān)在自動位置）

    3：第一送紙 （要求：速度可調(diào)、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(shè)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(diào)）

    7：切紙 （條件：送紙長度達到設(shè)定長度，送紙電機以及卷紙電機停止運行；有延時；時間可調(diào)，時間在1S以內(nèi)，精確到小數(shù)點后一位）

    8：卷筒 （條件：切紙動作完成；時間可調(diào)，時間在5S左右，精確到小數(shù)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(guān)觸發(fā)，切筒動作開始；要求：切筒動作時間可調(diào)，時間在9S左右，一般為整數(shù)，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(guān)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(huán)

    系統(tǒng)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(jié)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(jù)PLC程序輸出規(guī)定個數(shù)的脈沖串（PTO）或者脈寬可調(diào)的周期性脈沖信號（PWM），輸出的脈沖串通過電機驅(qū)動器精確的控制步進電機的運轉(zhuǎn)，從而達到控制節(jié)點紙長的目的。此外，LM系列PLC具有高速計數(shù)功能，從而可以監(jiān)視步進電機反饋回來的脈沖信號，經(jīng)過簡單的轉(zhuǎn)換，就可以在程序里監(jiān)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(tài)和運行狀態(tài)（包括運行時間、啟動次數(shù)）記錄下來，上傳到人機交互界面上。人機界面設(shè)計如下

            
 

             

              

    3 PLC硬件配置

   根據(jù)上述控制流程設(shè)計，輸入輸出信號清單如下：

    表 3-1 輸入輸出信號清單 

                   

    4 應用特點

    基于LM系列PLC的花炮卷筒機控制系統(tǒng)具有如下特點：
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    穩(wěn)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(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場工作，抵御各種惡劣條件的能力較強，這就為持續(xù)生產(chǎn)提供了必要的保障。此外系統(tǒng)提供了一鍵緊急停止按鈕，當現(xiàn)場發(fā)生生產(chǎn)事故或某個設(shè)備發(fā)生故障需要停車的時候就可以快速的一鍵停止操作。
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    操作簡單

    觸摸屏上的操作界面非常人性化，每個設(shè)備環(huán)節(jié)的運行狀態(tài)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。
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    可維護性

    由于對系統(tǒng)中的每一個設(shè)備都做了故障狀態(tài)、運行狀態(tài)、操作狀態(tài)記錄和保存，日常事故的追蹤和設(shè)備的維護都變得更加簡單。

    參考文獻

    [ 1 ] 顧戰(zhàn)松，可編程控制器原理與應用[M]，國防工業(yè)出版社.

    [ 2 ] 方承遠，工廠電器控制技術(shù)[M]，機械工業(yè)出版社.

    [ 3 ] 中國工控網(wǎng).www.gongkong.com

    [ 4 ] 花炮機械網(wǎng).www.huapaojixie.com