轴卷式收卷的PLC系统设计

赵红梅,张　军,冯志亮（.广东省华立技师学院;　.广东省佛山市高明区鸿源纸业,广州　535）

轴卷式收卷的PLC系统设计

赵红梅1,张军1,冯志亮2
（1.广东省华立技师学院;2.广东省佛山市高明区鸿源纸业,广州511325）

摘要：本文介绍了有轴收卷的基本原理以及工作流程。具体说明了可编程序控制器在收卷中的作用。程序涉及到了有轴收卷工作的绝大部分过程。利用PLC控制的有轴收卷提高了系统的稳定性，保证收卷能够长期稳定运行，从而提高了工作效率。满足了现代经济发展的要求，主要应用于造纸、印刷、纸品加工方面的产业。

关键词：PLC程序设计；有轴收卷；基本原理

1　前言

随着社会经济的趋势及工业自动化的发展，人们对各方面的要求越来越高，方方面面都讲求速度、高效。有轴收卷能模仿人的某些动作功能，按固定程序的走向、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，可以实现全自动化生产加工，可以更好地节约能源和提高运输设备或产品的效率，以降低其他搬运方式的限制和不足。加入ΡLC的有轴收卷出错率低，连续性长，对生产效益发挥着重大作用。

2　有轴收卷的主体形式

2.1组成结构

机械部分：储料台、胶辊、传动辊、压辊气缸*2、裁刀气缸*2、卸料气缸*2、前挡板气缸*2、后挡板气缸*2、引纸气缸。

电气部分：对射电眼、计米速度检测器、检测电眼、计米电眼。

如图1所示。

图1　有轴收卷的组成

2.2工作原理

由图可以看出首先是储料台的对射电眼有纸张检测，然后是引纸辊引纸，引纸辊上有计米器对速度的一个调节，然后是纸到达胶辊压紧，纸进入前后挡板，前后挡板轴芯主要由电磁阀和气缸配合电气动作，使纸张顺利进入轴心，轴芯前有个断纸检测是对断纸的一个信号反馈，当纸张进入轴芯后，轴开始旋转，最后对定米数的是一个光电开关对轴芯选转圈数的一个检测，一但达到设定米数，裁刀气缸带动气缸动作，切断纸。

2.3工艺分析

当纸张进入储料台:能使纸张有调理地叠放一定的纸张是辅助收卷的缓冲平台，储料台的中部有对射电眼，纸张在储料台上的中部时对射电眼进行检测，只有检查到有纸在储料台设备才能运行，把检测的信号反馈给ΡLC，按下操作台的运行按钮，设备开始动作，由引纸辊将纸引入轴的间隙，当纸张进入卷轴时，电眼检测到使ΡLC收到信号，前后挡板合上，胶辊压下，收卷开始，当收到设定的长度时，裁刀汽缸动作将纸裁断，然后卸料汽缸动作，将轴收回后经开口检测，再旋转一次后伸出，跟着前后挡板动作，引纸汽缸动作使纸进入轴的间隙中，重复动作。如图2所示。

图2　工艺流程图

2.4系统控制模版

按下开始按钮，系统得电开始对纸张进行检测，将传感器检查的电信号反馈给ΡLC，ΡLC接收到传感器所发出的电信号，进行数模转换对现场断纸情况进行判断，并且工作台上有相应的指示灯可以直观地反映给操作员，待系统确认之后，条件符合是否工作要求，操作员可以指示灯显示绿色，无报警则按下运行按钮，设备进行工作。本设备可以根据加工纸品的长度输入对应的数值，从而达到客户的要求。如图3所示。

图3　系统控制流程图

3　PLC有轴收卷的设计

3.1控制系统分析

系统运行状态的控制：启动、停止、退卷、收卷的点动寸行、收卷直径的调节和零位校准等操作。操作实现可根据方便操作的要求设置操作方式，其中启动、停止、收卷直径的调节和复原、收卷直径的零位校准等操作在触摸屏上完成，退卷、收卷的点动寸行由现场操作按钮完成。

系统的实时监视：控制系统工作过程中的控制参数包括：当前速度大小、收卷转速和收卷圈数和工作状态等实时信息。

开关量包括高速计数输入/输出模块：主要实现操作按钮的输入，收缩杆的零位检测，光电计数及开关量的控制和状态指示等功能。

模拟量输入模块：用于收卷过程中，由传感器将张力的压力信号转变为电信号经变送器送入ΡLC模拟量输入模块，用于控制和显示。

模拟量输出模块：通过检测和给定经过ΡLC的ΡID运算产生当前控制量，经模拟量输出模块实现对制动器的励磁电流控制，保证计米稳定；对变频器的调速控制，实现收卷过程的转速控制，自动降速及定位等控制功能。

步进电机控制模块：用于对步进电机的控制。根据设置的收卷直径通过步进电机调节偏转杆的位置。根据卷材厚度给定由步进电机控制收卷过程中每次收卷直径的微调量。

3.2有轴收卷的设计目的和任务要求

（1）设计目的。在印刷及造纸加工企业，常常需要将成卷的纸按一定长度和层数平铺在一个平台上，或按一定米数要求生产出成品。本设计主要完成使用三菱FX1S-30MR/16DI/14D0_2-1系列可编程控制器为核心构成有轴收卷联合机电气控制系统。

（2）任务要求。运行状态下，按下裁断，压辊夹紧前后挡板保持打开，检料电眼检测到料，裁刀汽缸动作将纸裁断，然后卸料汽缸动作，将轴收回后经开口检测，再旋转一次后伸出，跟着前后挡板动作，引纸汽缸动作使纸进入轴的间隙中，跟着料检测电眼射到纸张，卸料汽缸动作离合切换，轴继续收卷，使每一卷成品的卷纸都是按设定的长短，进入打包装机。

3.3PLC的概述与选型

可编程逻辑控制器简称ΡLC英文全称：ΡrogrаmmаbleLogic Controller。随着科学技术的发展，为适应多品种，小批量生产的需求而产生发展起来的一种新型的工业控制装置。

ΡLC的应用领域非常广，并在迅速扩大，对于而今的ΡLC几乎可以说凡是需要控制系统存在的地方就需要ΡLC，尤其近几年来ΡLC的性价比不断提高已被广泛应用在冶金、机械、石油、化工、轻功、电力等各行业。

本设备选用的是三菱的FX1S-30MR/16DI/14D0_2-1和FX1S-30MR/16DI/14D0_2-2.上位机Tp04，采用RS485通讯及台达ELT变频。

3.4控制参数及变频主参数设定

裁刀延时0.20秒进刀时间0.33秒引纸延时0.20秒

退料延时0.60秒收卷快速70.0HZ收卷慢速10.0HZ

定位速度5.0HZ储料时间16.0秒

F0-001、F0-011、F0-0480、F0-0.90.2、F0-100.2、F1-002.2、F1-01400、F1-025。

3.5输入输出设备及I/O分配图

输入（I）　　输出（O）X000　计米器（白）　Y000　收卷启动X001　计米器（黑）　Y001　后档板电磁阀X002　开口检测　Y002　压辊电磁阀X003　缺料检测电眼　Y003　引纸进电磁阀X004　运行/停止　Y004　前档板电磁阀X005　快速/慢速　Y005　卸料电磁阀X006　裁断　Y006　裁刀电磁阀X007　急停　Y007　刹车线圈中继器X010　卸料前检测　Y010　引纸退电磁阀X011　卸料后检测　Y011　缺料提示X012　引料前检测　Y012　连动运行X013　料检测　Y013　滚纸运行X014　引纸后检测X015　滚纸辊启/停

3.6硬件接线图

（1）ΡLC控制系统实物接线图（见图4）。

图4

（2）ΡLC控制系统实物接线图（见图5）。

图5

3.7PLC控制梯形图程序和指令表程序设计

随着造纸、印刷方面的产业的成长。有轴收卷加入了ΡLC控制后生产效率迅速地提高。本系统设计自控的有轴几乎能连续8小时不中断地卷取，出错率底，由此可见自控给生产带来的效率是值得认可的。另外,提高卷形质量是提高包装质量的重要前提条件。然而影响卷形的因素繁多,不仅是本身的质量，比如：凸度异常、楔形、镰刀弯、厚度偏差过大等对卷形有直接的影响，而且控制调整控制设定也直接影响着卷形质量，这就对收卷控制提出了较高的要求，采用了ΡLC的有轴能做到收卷速度高、卷形质量好，相信可以为用户带来更高的效益。

参考文献：

[1]电气控制与可编程序控制器[M].北京:机械工业出版社.

[2]电工基础[S].北京:中国农业出版社.

[3]PLC原理与应用[M].清华大学出版社.

[4]电器控制及可编程控制器[M].北京:中国轻工业出版社.

[5]变频器调试控制原理及应用[M].机械工业出版社.

作者简介：赵红梅（1979-），女，四川人，本科，硕士，讲师，高级技师，研究方向：电气自动化、控制工程。