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案例頻道 密封條被廣泛的應(yīng)用于各種門窗中（如汽車、船艙和家庭等），隨著汽車市場(chǎng)的擴(kuò)大，密封條的需求量也會(huì)越來(lái)越大；而且各種使用場(chǎng)合，對(duì)密封條的要求越來(lái)越高，因而對(duì)產(chǎn)品尺寸要求也越來(lái)越嚴(yán)格。現(xiàn)在的尺寸自動(dòng)測(cè)量控制系統(tǒng)多數(shù)應(yīng)用在金屬行業(yè)，而密封條等非金屬由于軟、縮脹比等造成測(cè)量不易，所以對(duì)其尺寸控制的研究還處在一個(gè)初級(jí)階段。當(dāng)前密封條尺寸測(cè)量控制系統(tǒng)基本處于手動(dòng)測(cè)量階段，它存在以下缺點(diǎn)：勞動(dòng)強(qiáng)度大，測(cè)量結(jié)果受勞動(dòng)者影響較大；測(cè)量過(guò)程中不能及時(shí)反饋，影響產(chǎn)品的質(zhì)量；生產(chǎn)效率低，原材料利用率低；工作環(huán)境比較惡劣。采用在線測(cè)量及PLC技術(shù)并結(jié)合變頻調(diào)速后，能實(shí)現(xiàn)擠出機(jī)轉(zhuǎn)速自動(dòng)調(diào)整，從而自動(dòng)控制密封條尺寸，保證產(chǎn)品質(zhì)量具有重大的實(shí)際意義。
1 總體設(shè)計(jì)
密封條的生產(chǎn)工藝過(guò)程：先將原材料進(jìn)行粉碎，成顆粒狀。進(jìn)行加工時(shí)，將原料通過(guò)加料口加入，然后通過(guò)擠出機(jī)將密封條擠出。從擠出機(jī)擠出的密封條根據(jù)材料的不同要分別通過(guò)傳送帶送入烘烤箱進(jìn)行烘烤固化而定型（如橡膠制品）或經(jīng)過(guò)水槽冷卻成型（如PVC制品）。
1.1 設(shè)計(jì)要求
每條生產(chǎn)線有兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)，分別控制擠出機(jī)和牽引機(jī)的轉(zhuǎn)速。要求是在電機(jī)啟動(dòng)前先輸入兩電機(jī)分別對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速，然后啟動(dòng)電機(jī)，電機(jī)啟動(dòng)后測(cè)量密封條的尺寸，測(cè)量的尺寸跟要求的尺寸進(jìn)行比較，如果在公差范圍內(nèi)，則繼續(xù)生產(chǎn)，如果超出了公差范圍，則只調(diào)整擠出機(jī)上的主電機(jī)的轉(zhuǎn)速，而轉(zhuǎn)速調(diào)整要求逐漸增加，而不能突變，最終使產(chǎn)品合格。并要求完成尺寸顯示、轉(zhuǎn)速顯示、超差報(bào)警等功能。其中要求測(cè)量的尺寸范圍為0.1～25mm，尺寸公差為±0.01mm。
1.2 總體設(shè)計(jì)方案
其總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖1所示：
該系統(tǒng)包括三大模塊：光學(xué)測(cè)量模塊、PLC控制模塊、變頻調(diào)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(cè)量時(shí)就要采取一定的措施。密封條從擠出機(jī)擠出時(shí)，溫度高且比較軟，從而不能采取傳統(tǒng)的測(cè)量方法，只能采用非接觸測(cè)量方式，利用光源和光電耦合器件來(lái)組成光學(xué)系統(tǒng)，對(duì)密封條的尺寸進(jìn)行測(cè)量[1]。從光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)測(cè)出密封條的尺寸，并經(jīng)過(guò)濾波、放大等處理，然后將測(cè)得尺寸值送入PLC與要求的尺寸值進(jìn)行比較，根據(jù)比較的結(jié)果來(lái)調(diào)整變頻器的輸入電壓，從而調(diào)整變頻器的頻率，通過(guò)變頻器頻率的變化來(lái)調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速。如果測(cè)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(nèi)，滿足生產(chǎn)的需要。
圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
Figure 1 system structure
1 變頻調(diào)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(lái)控制，并且便于控制的實(shí)現(xiàn)，最后采用了0～5V的模擬量輸入[2]。
其中電壓與頻率對(duì)應(yīng)關(guān)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(guān)系，這為整個(gè)系統(tǒng)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(tǒng)中很重要的一個(gè)模塊。其中包括型號(hào)的選取、軟件的編寫等。
1.1 PLC類型及型號(hào)的選擇
目前國(guó)內(nèi)外各生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的PLC產(chǎn)品品種繁多、型號(hào)各異、規(guī)格也不統(tǒng)一。根據(jù)使用要求，尤其是根據(jù)性價(jià)比，采用日本三菱公司的FX2N系列PLC。由于密封條尺寸測(cè)量控制系統(tǒng)的輸入、輸出點(diǎn)數(shù)不是很多，又考慮到應(yīng)增加10%～20%的備用量，以便隨時(shí)增加控制功能，采用FX2N-16MR-001型號(hào)的PLC，I/O(輸入 / 輸出)點(diǎn)各為8個(gè)。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(gè)特殊功能模塊D/A轉(zhuǎn)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?yàn)橛袃膳_(tái)電動(dòng)機(jī)，這可以滿足生產(chǎn)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(guò)應(yīng)用FXGPWINV330的三菱 PLC編程軟件進(jìn)行編程，并采用了模塊化的設(shè)計(jì)思路，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器轉(zhuǎn)速的調(diào)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(chǎn)品型號(hào)及對(duì)應(yīng)的主電機(jī)與牽引電機(jī)的轉(zhuǎn)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(guān)系的PLC指令程序如圖所示：
1 結(jié)論
控制系統(tǒng)已投入使用，其運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性得到驗(yàn)證。控制系統(tǒng)不僅使手動(dòng)控制變?yōu)樽詣?dòng)控制，降低了勞動(dòng)者的工作強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本，而且優(yōu)化了工作環(huán)境，并為將來(lái)進(jìn)行分布式控制作好了鋪墊。
參考文獻(xiàn)：
[1] 王慶有.CCD應(yīng)用技術(shù)[M].天津：天津大學(xué)出版社，2000.
[2] 嘉隆變頻器JVF-A使用手冊(cè)[M].嘉隆變頻器廠家.
[3] 俞國(guó)亮.PLC原理與應(yīng)用（三菱FX系列）[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005.
北京市公安局海淀分局備案號(hào)：11010802023656號(hào)