PLC和触摸屏在烟花引线机控制中的应用

2015-04-23徐治根

科技视界 2015年24期

徐治根

（东莞职业技术学院，广东东莞 523808）

0 引言

绚丽多彩的烟花给人们带来了多少欢乐和喜庆，但烟花生产的危险程度却少有人知道。引线也叫导火索，通过它点燃火药，爆炸出我们所看到的绚丽，它是由一层皮纸包裹着极易着火的材料做成的，在引线生产车间内，高温、摩擦、碰撞、静电等都可能导致着火，而一旦着火，车间内墙壁、屋顶附着的粉尘将迅速燃烧，一线员工很难脱险。因此引线生产是烟花生产行业中最危险的工种。近年来，引线生产的工艺以及设备也在一步步的改善，早先的改善工作大多只是停留在机械结构方面。2011年出现了单片机系统控制的引线机控制装置，基本能实现简单的控制，但是这种系统不稳定，在生产现场的复杂环境中偶尔出现死机的现象。

随着电气控制技术以及计算机技术的发展，PLC技术迅速发展。PLC以微控制器为核心，紧密结合通讯技术，计算机技术和自动化技术。它在可靠性，稳定性和抗干扰能力方面有着优异的性能；采用图形化的编程方式，简单易用。功能完善，通用性强，安装简单，维护方便，使得它在工业自动化领域有着广泛的应用。触摸屏简洁大方，操作方便，它与PLC结合搭建的系统具有优异的人机交换性能。运用PLC和触摸屏控制引线生产设备，并运用各种传感器监控生产环境从而减小安全隐患，对于引线生产行业具有重大的意义。

1 引线机结构

烟花引线机主要由自动上药机和引线成型机两个部分组成。上药机主要由料斗、搅拌器、布药轮和包药器组成。布药轮的圆周是槽状的，料斗中所装的物料为为粉末状的极易燃烧物，在料斗的底部有一个孔，粉末状物料在搅拌器的搅拌下沿着布药轮的槽滑落到皮纸上。皮纸和落在它上面的物料在引线轴转力的作用下经过包药器后被卷成引线，引线不停地卷在引线筒上形成成品。烟花引线机的动力来源于单相异步电机，它的传动机构包括主动轴，从动轴，收线轴，引线轴和连接各轴之间的皮带。

图1 烟花引线机的主要机构及传感器分布图

2 引线机工作中存在的问题与安全生产控制要求

引线成品的直径必须控制在一定的范围内，太粗和太细都是不合格品，它由电机的转速来决定。要生产合格的产品必须将转速限定在一定的范围内。

引线在生产过程中可能由于拉力太紧而断开，这时必须及时停止机器，否则线头将在设备上不停的拍打，很容易导致起火。设备采用皮带传动，皮带使用时间长了容易松垮甚至断裂，这时要及时更换。机械的传动部件还包括一系列的轴承，实践证明轴承磨损和皮带松垮磨后会使设备的振动加剧，可采用振动检测装置来监控传动部件的损坏。

引线安全生产控制要求如下：

1）系统能实时测量并显示出当前引线生产的长度，并能设定所需生产的长度，到达指定长度时停机，并给出警报和显示，提示员工处理。

2）系统能根据用户设定的参数自动调整电机的转速，使得生产的产品的直径满足要求。

3）当生产的引线断开时，能及时准确地做出判断，迅速停机，并给出报警和显示，提示员工处理。

4）电机温度或者环境温度超标时，停机，并给出报警和显示，提示员工处理。

5）机器振动超标时，停机，并给出报警和显示，提示员工处理。

6）料斗中的物料不足时需要报警并显示，提示员工处理。

7）为了节约控制成本，需要一台控制器控制两台制引设备，两台设备采用独立报警器，以区别声音的方向。

3 引线机控制系统设计

本系统的输入输出点不多，考虑到成本以及后续增加新功能的需要选用三菱FX1N-24MT型PLC，它的输入、输出点数分别是14点、10点晶体管输出。属于FX系列中最高档次的超小程序装置，可以适用于多个基本组件间的连接，模拟控制，定位控制等特殊用途，是一套可以满足多样化广泛需要的PLC。触摸屏选用STN彩色液晶屏LCD F940GOT-SWD-C，分辨率320×240，显示优良，性能稳定。

PLC的输出端点通过固态继电器控制单相异步电动机。电机的功率为550W，额定空载转速2800r/min，固态继电器选择直流5～32V输入，交流25A220～450V输出。采用PWM输出的方式调整电机的转速。

引线长度的测量通过对布药轮旋转的圈数计数来获得，在布药轮上安装磁铁，接近磁铁的位置安装固定的霍尔传感器，当布药轮转动的时候，每次磁铁经过霍尔传感器正对面时进行计数，布药轮的直径为7cm，周长约22cm。这种方法还可以测到当前转速的信息，根据这个转速信息来调节PWM的输出脉冲，从而对电机转动快慢进行控制，进而达到控制引线粗细的目的。

振动监测采用基于ADXL345的振动监测传感器，当振动不在预设范围内时，它以开关量输出。