PLC技术在钢桶自动化印字系统中的应用设计.pdf

自动化 P L C技术在钢桶自动化印字系统中的应用设计书 王 开‘ ，贲少辉 ，马庆尧 ，王广宁 1 ． 茂名职业技术学院，广东茂名 5 2 5 0 0 0 ；2 ． 茂名市五金厂，广东茂名 5 2 5 0 0 0 ； 3 ． 茂名市质量计量监督检测所， 广东茂名 5 2 5 0 0 0 摘要针对某厂2 0 0 L 钢桶制造中丝网印字控制存在的问题，运用欧姆龙P L C 技术 ， 设计实现了钢桶生产自动化丝网印字控制 系统，减少了污染、缩短生产流程，减轻工人劳动强度，提高生产效率，取得较好的经济效益。 关键词钢桶印字；自动化；改造设计；欧姆龙P L C ；程序 中图分类号 T P 2 7 3 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 99 4 9 2 2 0 1 3 0 80 0 6 20 3 Ap p l i c a t i o n o f PLC i n Au t o ma t i c S t e e l Dr u ms P r i n t i n g S y s t e m WAN G K a i ，B E N S h a o - h u i ，MA Q i n g - y a o ，WA N G G u a n g - n i n g 1 ． M a o mi n g V o c a t i o n a l a n d T e c h n i c a l C o l l e g e ，Ma o m i n g 5 2 5 0 0 0 ，C h i n a ；2 ． Ma o m i n g H a r d w a r e C o m p a n y ， Ma o m i n g 5 2 5 0 0 0，C h i n a ；3 ． Ma o mi n g Q u a l i t y S u p e r v i s i o n a n d I n s p e c t i o n Me a s u r e m e n t ，M a o mi n g 5 2 5 0 0 0 ，C h i n a Ab s t r a c t Th e a r t i c l e a i ms a t c o nt r o l i s s u e s o f s i l k s c r e e n p rin t i n g i n 2 0 0 L s t e e l d r um a n d a p p l y i n g Omr o n P L C t o r e s o l v e i t ． Th e d e s i g n c a n ma k e s t e e l d ra m s i l k s c r e e n p rin t i n g b e c o me a u t o ma t i c s y s t e m． I t c a n r e d u c e p o l l u t i o n， s h o e n t h e p r o d u c t i o n p r o c e s s ， c u t d o wn l a b o r i n t e n s i t y a n d i n c r e a s e p r o du c t i v i t y t o ma k e mo r e b e n e f i t i n c o me ． Ke y wo r d s s t e e l d ra m p rin t ； a uto ma t i o n；r e n o v a t i o n d e s i g n； Ommn P LC； p r o g r a m 0 前言 茂名市某厂2 0 0 L 钢桶生产中的丝网印字设备 是 2 0 世纪 8 O 年代 的产品 ，由继 电器控制 ，技术水 平落后，需要依靠两个以上工人同时操作才能完 成印字过程 ，与现代化生产不协调。存在操作人 员劳动强度大 、 效率低 、质量差 、污染大、维修 成本高的缺点。同时原有的年生产 4 O 万个钢桶 的 能力也不能满足现在市场年需求 8 O 万个钢桶的要 求 ，且经过 2 O 多年的使用 ，设备 十分残 旧，现已 处于瘫痪状态。因此，对其进行改造，设计以新 型工业 自动控制设备P L C 为核心控制器 【” ，分别 对气动负载和电动机负载进行控制，完成送桶、 定 位、刮字、退出功能，实现钢桶 自动印字的目的。 与原设备相比，改造后的设备自动化程度高，工人 劳动强度小，操作简单，效率高，与制桶整条生产 线的工作速度协调，安全可靠， 经济效益显著。 1 2 0 0 L 钢桶丝网印字原理与动力分析 传统的2 0 0 L 钢桶印字系统如图1 所示。系 统 由带滚动轮 的底座 、可上下运动的刮板和水平 移动的丝网模板三部分组成，工艺过程是将成型 并 喷漆 的 2 0 0 L钢桶从左边推到带滚动轮 的底 座 上 ，由人工压下刮板 ，启动 电动机正转带动丝网 模板 向左移动并带动钢桶逆 时针转动 ，钢桶 的转 动与压下的刮板形成相对刮刷作用 ，把丝网模板 上的字符印刷在钢桶上。在印字成功后 ，随即松 开刮板并启动电动机反转退回丝 网模板 ，然后按 原推上钢桶相反的方 向推 出钢桶 即可完成一次 印 字过程。在该 2 0 0 L 钢桶印字系统 中，共有钢桶的 移人推出作用力 和 凡、刮板 的下上作用力 F 。 和 、丝网模板向左和向右作用力 和 等3 对力 的作用，但只有丝网模板向左和向右作用力 和 使用三相异步电动机作为动力 ，其他两对力均 为人工操作 。因而存在工人的工作量大 、效率 低、质量差 、成本高的缺点，且系统的机械传动 复杂 ，控制精度不高，故障率高 ，运行不稳定 ， 维修工作量大，与现代化生产不协调 ，满足不了 2 0 1 2 市科技计划引导 工业攻关项目 编号2 0 1 2 B 0 1 0 5 9 收 稿 日 期 。 。 一 。 一 i i l l l 王 开 等P L C 技术在钢桶 自动化印字系统中的应用设计 自 年生产 8 O 万个钢桶的市场需求。为此 ，对钢桶印 字系统的进行设计改造。 图1 传统钢桶印字系统 改造后 钢桶印字系统设备如 图2 所示 。主要 由2 0 0 L 钢桶传送机构、钢桶上下移动机构 、刮板 上下移 动机 构 、丝 网模板左右 滑动机构等组成 。 该系统中 ，共有刮板上下移动作用力 F 。 和 、丝 网模板左右滑动作用力 和凡、钢桶上下移动作 用力 和 、钢桶直线传送作用力 等。其中， 刮板上下移动作用力F 和 、钢桶上下移动作用 力 和 采用高压气源作为动力驱动，气压驱动 元件由直线气缸、电磁阀等组成，气压驱动的优 点是气源方便 ，维护简单 ，成本低 ，安全可靠， 适合于点位控制。丝网模板左右滑动作用力 和 、钢桶直线传送作用力 采用电动机作为动力 驱动，由电动机带动链条作水平运动，电动机驱 动的优点是动力源简单，维护、使用方便。该生 产线不但能完成 自动印字功能，还能和前段的生 产线进行衔接 ，实现钢桶生产全程 自动化。改造 后钢桶 的印字系统 的工作过 程 按下启动按钮 ， ， f ＼ 图2 改造后钢桶印字系统 传送机构工作带动钢桶向左移动，当检测钢桶传 感器检测到钢桶时，延时停止传送带 ，钢桶上升 系统工作抬高钢桶，同时刮板在气压的作用下动 作下压，随即启动丝网模板驱动电动机使丝网模 板向左滑动 ，丝网模板又带动钢桶逆时针转动， 从而形成刮板与钢桶作相对运动 ，刮板把丝网模 板上的字符印刷到了钢桶上，当印字模板移动碰 到限位开关时立即停止电动机运行 ，然后复位刮 板下压和钢桶提升机构 ，并启动钢桶传送系统把 印好字的钢桶送出，这样周而复始循环，实现了 自动印刷的功能。 2 P L C电气控制系统设计 2 ． 1 主电路设计 P L C电气控制系统主要对2 0 0 L 钢桶的传送 、 钢桶上升、刮板下压和丝网模板滑动等工作部件 进行控制。系统控制的对象分别为钢桶输送电动 机 、丝网模板滑动电动机 、钢桶上升电磁 阀和刮 板下压电磁阀等。 图3 所示是电动机控制 主电路 。M1 是钢桶输 送 电动机 ，M2 是 印字模 板滑动 电动机 。工作原 理合上总电源开关 Q s ，当K M1 闭合 ，电动机 M1 得电启动，输送带工作 ，当K M1 断开，电动 机 M1 失电停机 ，输送带停止工作 ；当K M 3 断开 K M 2 闭合 ，电动机 M 2 得电正转 ，当 K M 2 断开 K M 3 闭合，电动机 M 2 得电反转 ，实现了印字模 板滑动电动机正反转功能 【 。 F Ul 橱桶输送哇 编 机 印字模报滑动电动机 图3 电动机控制主电路 图4 所示是系统气动控制回路 [31 ，气动控制 回路的控制逻辑功能是由P L C 实现的。气动回路 ～ u 自动化 的工作原理是 l A和2 A 分别为顶钢桶气缸和刷 子下压气缸 ，1 Y和2 Y 分别为控制顶桶缸和压刷 缸的电磁阀的电磁控制端，常态下这两个气缸的 初始位置均设定在缩 回状态 。当 l Y或 2 Y电磁 阀 线圈得电，电磁阀工作从而改变气流的流向，最 终使气缸的活塞在气压的作用下运动推出顶杆 ， 当 1 Y或 2 Y电磁阀线 圈失 电，电磁阀在 弹簧力 的 作用下复位 ，气流随即复位 ，活塞缩 回初始状态。 陨锻桶气缸压嗣子气缸 图4 系统气动控制回路 2 ． 2 P L C控制电路设计 按照被 控对象和印字 系统 的工艺过 程要求 ， 对 P L C进行选型设计 。P L C选择 的基本原则是满 足控制系统 的功能要求 ，且要考虑控制系统工艺 改进后 的系统升级需要 和控制系统的制造成本 ， 同时还要考虑 P L C的处理速度是否满足实时控制 的要求和外围设备的需要等 [4] 。由于本系统控制 的对象都是开关量信号 ，只是对电动机和电磁阀 等进行顺序控制，对速度要求不高。因此，选用 O MR O N公 司生 产 C MP 1 A 一 2 0 C D R D V I 1 型 P L C， 该 P L C是 D C 2 4 V 1 2 点人 、8点继电器输 出小型可 编程序控制器。O M R O N 公司生产的小型可编程 控制器 ，具有体积小 、结构紧凑、性价比高、指 令完善编程灵活、抗干扰能力强、重量轻、耗电 低、使用方便 、维修工作量小、接线工艺简单等 特点 【5 j 。根据系统的工艺流程和实现功能，P L C 有启动、停止、限位、 保护等8 个输入信号，输出 有指示 、电机、电磁阀等7 个控制信号，设计P L C I ／ 0 通道分配表如表1 ，图5 是P L C 控制接线图。 2 ． 3软件系统设计 根据印字系统的工艺过程和工作要求，主要 表 1 I ／ O通道分配表 一 0 o o C 0 1 ， ， 一 0 ．O 1 遁 1 O ． o o 一 0 ． O 2 1 1 1 0 弧 D ． 0 3 1 0 ． 0 1 _ _ [ 撼 ／一 0 ．0 4 t o l l 塑 一 0 o5 1 0 ．0 2 - 印 L J 墼 o ． O 6 婴 _L l O ． O 3 白 o． O 7 U O明 o ． O 8 r ] 坠 ． - 计 一 l O ． O 5 U 0I O 9 _ ，／ 一 1 O． O 8 罔 1 Y 0 ． 1 0 _ _ 1 r - 埘 里 一 0 ．11 1 0 ．0 7 罔 2 Y - - 1 - 刮{ 厂 O O 暖 L H 2 t V L1 图5 P L C控制接线图 有 自动和手动两种工作方式 。 自动方式 流程为 按启动按钮一进桶到位一桶上升一刷下压一印字 模板滑动一滑板到位停止一复位刷子一复位桶上 升机构一出桶。手动方式主要是针对前面制桶过 程中出现不合格的产品，或者不需要印字的桶 ， 选择放弃印字，此时印字系统只起到单独传送钢 桶的作用，在编程时用选择分支跳转即可。计数 显示功能采用硬件电路来完成，选用J D M1 1 - 6 H 下转第 1 2 5页 华 桦 等基才证据理论的信息融合技术变压器故障诊断方法 研 究 故障诊断的精度和可靠性。随着电力系统复杂程 度的大幅度提高 ，在变压器故障诊断领域，对其 进行监测时，往往存在信号的信噪比低和诊断的 可信度低等问题 ，应用单一传感器采集信息已明 显不能满足故障诊断要求。因而在变压器故障诊 断方面，多采用多传感器采集多样信息，然而信 息量繁杂，多样会降低诊断结果的可靠性。数据 融合技术可以很好地对多传感器信息及数据进行 综合分析 、处理 ，为提高变压器故障诊断的准确 性提供了一种有效的途径。从文章给出的算例可 以看出，经过多传感器得到的故障信息进行融合 后 ，能够有效地提高诊断结论 的可信度 ，减少故 障诊断的不确定性。因此，可以认为D s 证据理 论能够有效地对变压器故障进行诊断。 ● 一- ● 一- - - 一 卜- ’ 一 上接第 6 4页 l O 。 。 回原点 l _ 1 , 0 ． 1 0 r _ ． { ．三 竺 ． 惭 差 带 。 ．。 3。． 。 9 l 2 0 0 ． 0 2 H T I I O 0 0 1 0 I f _ - _ _ _ ■ ‘ _ _ _ 0 一● ■ ● ■ ● ■ ● ■ ■ ■ ● ■ ● ■ ● ■ ● ■ ● ■ ■ 一 卫1 0 1 2 0 0 ． 0 3 Hs 盯1 0 ． 0 6 l 桶 上升 卜 _ _ ． 1 墨 翌 桶 下 降 _ r J - 一 _ ．TI IO05 2 0 0 R S T I O刮 ． 0 8 H ． 0 6 l 刮板上升 1 一 _J- _ -_ --- _一 一 T I i O O fi 电子式 累加计数器 ，该计数器采用专用芯片，6 位 L E D 数码显示，具有计数范围宽， 计数性能稳定可 靠，停电数据保持时间长， 抗干拢性能强，安装方 便等优点 。设计程序状态流程图 如图6 所示，图 7 是启动停止显示程序梯形图。 3结束语 采用欧姆龙 P L C控制的钢桶印字系统对老设 参考文献 [ 1 ]邢林春 ，罗建华，陈正捷 ，等． 基于D e m p s t e r S h a r 证据理论的特征融合在军用电子设备模块化故障诊断 过程 中的应 用 [ J ]． 装 甲兵 工程 学 院学报 ，2 0 0 5 4 2 3 2 6 ． [ 2 ]任红卫，邓飞其． 基于证据理论的信息融合故障诊断 方法 [ J ]． 系统工程与 电子技术 ，2 0 0 5 ，2 7 3 4 71 -47 3． [ 3 ]焦准，王伟平，张蓉． 基于证据理论的 多传感器信息 融合 目标识别方 法 [ J ]． 弹箭 与制导 学报 ，2 0 0 6 4 8 8 1 0 1 ． 第一作者简介华桦，男，1 9 7 5 年生，上海人 ，大学本 科，高级工程师。研究领域电力系统在线监测，电力系 统故障诊断等。 编辑 向飞 - 卜一 - ’ 一 - ● 一- - 一 - - - - - 备进行 自动化技术改造设计 ，经调试运行 ，印字 均匀 、没有漏 漆 、减少 了污染 ，性 能稳定 可靠 。 钢桶印字处理能力由原来 3 个份 钟提高到6 个／ 分 钟 ，使每个钢桶生产成本降低0 ．4 元／ 爪，每年可 节约成本约 2 4 万元 ；且工人劳动强度大大降低 ， 在安全 、质量 、效率 、成本等方面效果显著，取 得很好的经济效益 。 图7 启动停止显示程序梯形图 参考文献 [ 1 ]郭 国选 ，孙 迎远． P L C在 电液伺服 系统 中的应 用 [ J ]． 许昌学院学报，2 0 0 9 0 5 4 1 4 4 ． [ 2 ]张伟林． 电气控制及 P L C应用 [ M]． 北京 人 民邮电 出版 社 ．2 0 1 2 ． [ 3 ]陈久松． 基 于P L C的工件 自动分选装置的设计 [ J ]． 液压与 气动 ，2 0 1 0 0 3 6 8 ． [ 4 ]孙振强． 可编程控制器原理及应用教程 [ M]． 北京 清华大学出版社，2 0 0 8 ． [ 5 ]J D M1 1 - 6 H电子式累加计数器使用说明书 [ z ]． 上海 密莱电气有限公司，2 0 1 1 ． [ 6 ]胡学林． 可编程控制器应用技术 [ M]． 北京高等教 育出版社 ，2 0 0 9 ． 第一作者简介王开，男 ，1 9 6 7 年生，广东电白人，大 学本科，高级讲师。研究领域电子与电气工程。已发表 论文 1 5 篇。 编辑 向飞