塑料管道自动切割控制系统的设计

黄云志

摘 要：随着社会经济的不断发展，对于塑料管道的需求越来越大，推动了管材企业与技术的不断发展。针对管材行业发展的现状，文章提出了关于塑料管道自动切割空时系统的总体设计思路和方法，并对主要的硬件设计、处理程序以及控制处理程序的软件等方面具体说明，最后对整个设计方案进行检验。

关键词：塑料管道；自动切割系统；设计

自从我国实行改革开放的制度以来，城市化水平不断提出，大量人口涌入城市，促进了城市建筑的发展，在这种形式下，城市建筑对于塑料管材的需求越来越高，促进了塑料管材业的发展，推动了塑料管材业技术的创新与进步。塑料管材由于物化性能非常好，同时又环保节能，正逐步取代传统管材，成为主要的建筑管材。由于我国在塑料管材技术方面起步晚，与国外发达国家相比，还有一定的距离，在生产效率和生产质量上都有很大缺陷，其次精细化程度也不够。

1 塑料管材自动切割控制系统的总体设计

1.1 塑料管材切割自动化系统的软件设计

塑料管材自动切割控制系统的核心部件是可编程控制器（以下简称PLC），通过PLC厂家提供的编程软件进行编写程序来完成控制动作。控制过程的显现使用的可编程的人机界面（以下简称HMI）[1]。塑料管材自动切割控制系统中，使用西门子的S7-200 CPU224XP型PLC，编程软件为STEP 7 MicroWIN SP9 Keil V4.0编写程序；威纶通的MT8101IE型的HMI，编程软件为Utility Manager编写画面程序；WINXP为操作系统。STEP 7 MicroWIN SP9 Keil V4.0提供了常用的输入输出指令、数值运行算指令、高速计数器指令和库指令。编程简单快捷、应用高效。Utility Manager提供了常用的按钮、指示灯、数据采样、历史数据保存、曲線图分析及报警功能画面的弹出等功能，画面很直观地模拟显示工作的整个过程及一些数据的显示。将这些简单易用部份组合在一起便可以实现功能强大的控制显示系统[2]。

1.2 塑料管材自动切割控制系统的硬件设计

在选择PLC方面，首先PLC要有很强的抗干扰性能，即使运行环境恶劣，也能正常工作，同时保证运行的效率。除此之外，还需要考虑其可扩展能力和工业通信能力，为日后需要增加控制功能和远程工业通信打好扩展基础。随着自动化程度的提高，工业远程监控开始越来越得到重视，它可以把现场设备的过程数据实时的传送到集中控制室，由集中控制室通过公司内网的排产单对相应的生产设备修改数据起到集中管理生产目的。PLC程序可以由设计者很自由的按照要实现的功能去编写，而且在调试的过程中可以实时的监控程序，更简单快捷的发现和解决问题，提高工作效益。

接下来是设计显示画面功能，HMI除了可以设计模拟画面功能外，还可以设计一些手动/自动的功能能按钮来控制PLC的手动/自动控制，从而可以减小外部控制电路的设计工作，大大减少电气人员接线及安装按钮的工作量和日后维修难度降低。HMI可以将PLC每一步的动作通过Utility Manager编写画面程序进行在画面设计指示灯或动态画面显示出来，也可以把PLC采集的数据，计数数据，计时数据等实时的显示出来，从而更加直观清晰了解设备生产流程。除此之外，HMI还可以把PLC重要的采集数据或处理过的数据进行历史记录，故障报警记录等保存，历史记录方便日后供相关技术人员对产品品质分析作有效的依据，故障报警记录方便专业维修维护人员更快捷的解决设备故障问题和维护工作。历史数据可以导出生成EXCEL表格打印出来。HMI与PLC是通过RS232或RS485通信线连接，只需要在HMI设置连接对象，无需编写通信程序。

在设计信号输入或者输出的控制在PLC中完成，PLC可以接收开关量信号。开关量信号又分为输入、输出开关量信号，当有输入信号时，PLC相应的开关量输入通道的指示灯就会点亮触发输入，经过内部程序的处理，会在相应的开关量输出通道接通自带继电器，从而使外部电路接通，从而控制继电器、变频器、电磁阀等外部执行机构去控制切刀、退料、分离等功能。

2 塑料管材自动切割控制系统的主程序设计

塑料管材自动切割系统的硬件是通过PLC和HMI组合控制和调配而进行工作的，这样在控制、检测系统的时候更加方便，同时也有利于保证整个系统安全稳定的运行。

在设计塑料管材自动切割控制系统的主程序时，要充分了解整个编程是如何运行的，要考虑整个动作过程不同条件下的相互关联和相互影响的关系具体分析。首先，将系统设置成初始化状态，包括各个硬件的初始化状态，通过初始状态判断设备在使用前是否正常，如果不正常，HMI画面会显示相应工件不到位报警提示，禁止强制继续运行，供维修人员及时处理问题。如果程序正确，继续输出动作流程，同时接收相关的数据和信号。

塑料管材自动切割控制系统需要设计PLC中断处理程序，通过中断影响机制来达到控制信号以及处理相关数据信息的目的。在这个过程中，还能够通过时钟的程序完成定时器的工作，在系统中设置周期，对系统进行定时周期设置，通过启动中断处理程序，设定循环几次实现对时间的控制。

在塑料管材自动切割控制系统中还需要设计PLC与变频器RS485通信程序，在PLC中调出RS485通信指令库程序块，在程序块中填入通信从站号、数据位、波特率及读写变频器相应频率的数据地址。在变频器中的通信参数设置与PLC程序块中填入的参数需要一致。PLC通信控制变频器进行调速行走电机，通过反馈回路，实现闭环控制。这样的做法为了在夹紧切管时，行走电机行走的速度和出管牵引的速度相当。工作人员可以在HMI上设置变频器频率参数。HMI通过PLC与变频器通信把频率、电压、电流、转速等参数在屏幕上显示，操作方便简单。

3 塑料管材自动切割控制系统的检测

对于塑料管材自动切割系统的检测，是通过欧姆龙的旋转编码器（A/B相正交计数）进行对管道的长度进行测量，编码器通过旋转产生脉冲信号输入到PLC高速计数器端口，PLC内部编写运算及转换指令，把脉冲信号转换成数字信号，因为高速计数器的速度要比PLC程序执行扫描的时间还要快，故此必须要在中断程序中完成高速计数器采集的数据及数据的处理。在HMI上设置需要切管的长度，及上、下限偏差值，通过在PLC内部程序中编写比较程序，当旋转编码器旋转的圈数到达所设定的长度值时，就会产生一个中断指令，所测出的长度数值马上存入到HMI上保存，输出动作的同时又清零编码器数值而继续从新开始计数。周而复始的这样循环工作。

4 结束语

综上所述，可以得知，随着社会经济的发展，刺激了房地产行业的发展，使得市场对塑料管材的需求也随之而增加。但是由于我国塑料管材生产技术落后，生产效率低，质量差，因此我国大部分塑料管材企业所使用的技术都是从国外进口而来。塑料管材切割系统是管材生产环节中最为重要的一部分，因此，通过设计塑料管道自动化切割控制切割系统，提高管材的生产产量、质量以及精度，进而提高我国管材生产设备在市场上的竞争力。

参考文献

[1]黎良田.塑料管材自动切割控制系统的设计研究[J].塑料工业，2016（44）：53-55.

[2]吴志敏，阳胜峰.西门子PLC与变频器、触摸屏综合应用[M].中国电力出版社，2009.