液压烫金机控制程序设计分析

贾瑞超 蔡吉飞

为恢复某公司卧式平压平液压烫金机PLC的控制程序，首先通过对该机器工作原理分析，找到其动平台运行的时序关系以及中间可能出现的故障处理方法;在此基础上确定机器上可作为PLC的输入信号和输出信号的相关信息;其次按照输入信号和输出信号之间的逻辑关系利用梯形图编写PLC程序，然后建立触摸屏和PLC相互之间的设备地址联系，最后完全恢复了该设备的正常运转功能，此案例可为从事PLC相关工作的技术人员参考使用。

PLC程序设计是很多机械类、自动化专业学生必修的内容之一，很多学生上课时好像学得很清楚，实战中却不知道怎么用？工厂中从事机电设备维护的技术人员接触PLC设计方面的工作也比较少，主要是以PLC维修服务为主。对他们来说，也急需了解PLC程序的设计过程。因此本文从实战的角度给大家介绍PLC的编程及应用实践，为大家提供一个案例，供大家编写程序时参考。某公司半自动卧式平压平液压烫金机的PLC因电池无电而导致程序丢失，且无法与该机器的生产厂家取得联系了。针对此情况，我们决定根据现场操作人员对机器工作原理的描述，自行开发一套PLC程序来解决这个问题。

半自动卧式平压平烫金机工作原理分析

该烫金机控制信号驱动的只有4个电动执行元件：一是动平台上下移动液压马达的控制电磁阀，二是走箔电机，三是收废品电机，四是烫金机的加热板。动平台上下移动是通过控制液压回路的电磁阀实现的（一个负责上升，一个负责下降）;走箔电机转动是动平台下降信号控制驱动的，转动时间长短可通过金箔的长度信号来控制;烫金板加热起始时间是动平台上到最高位置时启动的，加热时间是通过时间继电器或PLC控制信号实现的。为了安全操作，烫金机上下移动时需要双手按钮操作，这样防止一只手可能留在平台中间;同时机器上还有安全杠，机器处于自动状态时，安全杠触发后可以随时停车。

PLC程序编程

机器上本身使用的是永宏PLC，长期闲置导致电池失效，致使PLC存储程序丢失，更换电池后即能重新编程。本程序现场编写时，要注意电脑+PLC和电脑+触摸屏的连接方法。电脑+PLC之间的连接可直接使用RS232九针软线，但电脑+触摸屏之间的连接线需要跳线，这在使用时要特别注意，同时要安装串口驱动程序。如果一时记不住，可通过百度搜索获取跳线方法。PLC编程时首先要确定信号的输入点和输出点，然后再分析这些输入点和输出点之间的关系。有些输入点和输出点不方便直接联系起来，需要通过中间辅助触点转换来实现。除此之外，对于数据处理，还要用到一些专用的功能模块。

1.PLC程序编程步骤

确定动平台上下限位置标识;

确定点动模式和运行模式下运行标识;

走箔电机转动距离设置;

走箔电机转动速度设置;

双手操作信息记录;

走箔电机相关参数设备;

触摸屏连接程序编写。

2.PLC程序解释

第一行语句（N000）：如图1所示，在动平台下限位输入信号X9常闭触点处于接通状态时，动平台的上限位开关输入信号X8触点接通或急停回路输入信号X7常闭触点接通，都会使动平台停在上限位信号状态M170辅助继电器触点接通，并形成自保电路（表明此时动平台已经位于上限位状态）。当动平台已经处于最高点时，此信号可用作推动下降通道电磁阀动作前提条件或烫金时间开始计时条件。当动平台未处于最高点时，此信号可表示停机后，再启动动平台的运行状态，即动平台按照M170控制的电磁阀状态向下运动（逆时针或顺时针）。

第二行语句（N001）：如图1所示，在动平台上限位输入信号X8常闭触点处于接通状态及急停回路输入信号X7常开触点接通的条件下，动平台的下限位开关输入信号X9触点如果接通，就会使动平台停在下限位信号状态M171辅助继电器触点接通，并形成自保电路（表明此时动平台处于最低位状态。本行中的急停回路信号可确保动平台在启动时只处于一个状态（即M170所指示的状态），只有动平台处于最低位置时，M171才可能接触，但此时急停回路又处在工作状态，因而动平台不可能运动。

所有安全急停信号串联在一个回路中，不规范操作会触发安全杠动作，即保证在紧急停机情况下，辅助继电器M170触点接通，认为动平台已经处于最高点（动平台位置实际上可能不在最高点）。解除急停状态后（即急停回路输入信号x7常闭触点接通），动平台在M170信号的控制下只能从现有的位置点动下降，从而保证操作人员安全。

第三行语句（N003）：如图2所示，在动平台下降状态辅助继电器M161常闭触点接通，且动平台下限位状态辅助继电器M171常开触点接通，急停回路输入信号X7常开触点也接通的前提下，在点动模式（输入信号X11常开触点接通）下，点动上升输入信号X5常开触点接通，或者在运行模式（运行模式输入信号X12常开触点接通）下，动平台上升启动状态M30常开触点接通（双手按下按钮时动平台上升状态记录）的两种条件下，都可以使动平台上升状态自保持（辅助继电器M160触点接通），直到动平台到达上限位或者急停回路动作，动平台上升自保状态解除。也就是说动平台上升信号M160可在点动和运行模式两种状态下接通。

第四行语句（N004）：如图2所示，在动平台上升状态辅助继电器M160常闭触点接通，且动平台上限位状态辅助继电器M170常开触点接通，急停回路输入信号X7常开触点闭合的前提下，在点动模式（输入信号X11常开触点接通）下，点动下降输入信号X6常开触点接通，或者在运行模式（运行模式输入信号X12常开触点接通）下，动平台下降启动状态M20常开触点接通（双手按下按钮时动平台下降状态记录）的两种条件下，都可以使动平台下降状态自保持（辅助继电器M161触点接通），直到动平台到达下限位或者急停回路動作，动平台下降自保状态解除。也就是说动平台下降上升信号M161可在点动和运行模式两种状态下接通。

实际上动平台上升状态信号M160和动平台下降状态信号M161形成的互锁控制。同一时刻只能有一个信号接通。

第五行语句（N006）：如图3所示，将动平台上升状态信号M160转移到输出端子Y10，然后触发液压马达上行通道的电磁阀。

第六行语句（N007）：如图3所示，将动平台下降状态信号M161转移到输出端子Y11，然后触发液压马达下行通道的电磁阀。

第七行语句（N009）：如图4所示，是3个走箔电机拉纸距离设定（通过触摸屏操作面板输入），如图3乘法功能模块上Sa为设定长度，Sb为乘数2，D为Sa和Sb相乘计算得到步进电机脉冲数据。后面两个走箔电机拉纸距离设定同上。从图4可以看出，在急停回路输入信号X7常开触点接通时，可进行这些数据设置。走箔电机1、2、3设定距离值分别对应D20、D22、D24，单位是mm，计算结果脉冲数分别存在D100、D200、D300中，乘数选择为2（这是根据实际减速比和走箔辊周长计算而得到的，需要与实际设备尺寸匹配）。

第八行语句（N010）： 急停回路输入信号X7常开触点接通时，可开始进行走箔电机运行时间D12设置（由触摸屏操作界面输入）。如果走箔电机运行时间大于0，则辅助继电器M13触点接通。此辅助继电器是用来防止D12在第9行语句中除数为0，造成计算报错。

第九行语句（N011）：如图5所示，当设定运行时间大于0（辅助继电器M13触点接通）时，根据运行速度=运行距离/运行时间，来计算走箔电机速度。走箔电机1、2、3设定距离分别存在D100、D200、D300中，速度分别存在D102、D202、D302中。

第十行语句（N012）：如图6所示，当机器处于运行模式（输入信号X12常开触点接通），急停回路输入信号X7常开触点接通后，收废电机输出信号Y8信号接通（控制收废电机开始旋转，当用过的金纸收紧时，硬件离合打开，收废辊停止转动，但收废电机一直转动）。

第十一行语句（N013）：如图7所示，当急停回路输入信号X7常闭触点接通时，急停回路输出信号Y12信号灯亮，表示机器处于急停状态，告知操作人员设备处于报警状态。

第十二行语句（N014）：如图7所示，当第一个双手启动按钮按下时（输入信号X0常开触点接通），定时功能模块T101开始0.2秒延时;

第十三行语句（N015）：如图7所示，当第二个双手启动按钮按下时（输入信号X1常开触点接通），定时功能模块T102开始0.2秒延时;

第十四行语句（N016）：如图7所示，在急停回路输入信号X7常开触点接通，且机器处于运行模式输入信号X12常开触点接通，及液压站已经启动输入信号X13常开触点接通，再加上3个走箔电机已经停止转动（走箔电机1、2、3运行状态M500、M503、M506处于常闭状态），此刻，同时按下两个双手启动按钮（输入信号X0和X1常开触点同时接通），动平台上升指令信号M30接通（条件是两个定时功能模块未达到定时之前，T101和T102都处于常闭状态时）。此段双手启动按钮程序，可防止误触发动作，如果两个按钮同时按下时间间隔超过0.2秒，则无法启动设备工作。

第十五行语句（N019）：当急停回路输入信号X7常开触点接通时，开始烫金计时（D10是通过触摸屏来完成，当输入数据大于1时或指定的计时时间，M11辅助继电器接通）。此命令未使用，仍然使用外部定时器来完成烫金时间控制（定时器到定时时间后，触发输入信号X10）。

第十六行语句（N020）：如图8所示，当急停回路输入信号X7常开触点接通时，动平台处于运行模式（输入信号X12常开触点接通），及液压站已启动（输入信号X13常开触点接通），且烫金平台到达于上限位时（辅助继电器M170常开触点接通）的条件下，定时器开始烫金计时（Y9信号输出，启动外部烫金定时器）。

第十七行语句（N021）：如图8所示，烫金完成后（输入信号X10常开触点接通），动平台自动下降辅助继电器M20接通，动平台进入向下运动状态（见第四行语句）。

第十八行语句（N022）：如图8所示，在动平台处于运行模式（输入信号X12常开触点接通）和走箔电机1工作状态设定为有效（辅助继电器M110常开触点接通-触摸屏上有效设定），且走箔电机1未完成设定移动距离（辅助继电器M502常闭触点接通）条件下，这时动平台下限位信号状态M171辅助继电器触点一接通，走箔电机1启动信号辅助继电器M600就随即接通，并形成了自保电路。

第十九行语句（N024）：如图9所示，走箔电机1启动辅助继电器M600接通或者走箔电机点动接通（输入信号X2常开触点接通），都会发出脉冲，控制走箔电机1运转。同时会输出控制状态走箔电机1运行（辅助继电器M500接通），走箔电机1报警（辅助继电器M501接通），走箔电机1完成信号（辅助继电器M502接通）。当走箔电机1完成设定走箔距离后，功能模块进入停止工作状态。

第二十行语句（N024）：如图9所示，当急停回路输入信号X7常开触点接通时，PLC内部辅助继电器M1992接通，走箔电机1开始进入运转状态。

其余两台走箔电机，控制方式与走箔电机1一致，在此不再赘述，程序截图如图10、11。

3.伺服参数表格设置

在伺服参数表格中添加伺服参数表格S11，如图12点击左边树状目录下面S11，从右边弹出界面可以看出S11相关参数设备情况，从R120到R143皆为伺服的相关参数存储地址。内部保存的信息如加减速信息、运动方向等。以此类推，可完成S22和S23等伺服参数修改。

4.伺服参数命令设置

在伺服命令表格中添加伺服命令表格S1，如图13點击左边树状目录下面S1，从右边弹出界面可以看出S1相关参数设备情况，新增一条信息命令表格，如图13。

点击设定按钮，弹出伺服命令项目界面，可设定伺服电机设置的相关控制参数。依此类推，可完成其他伺服命令设置。

触摸屏编程

触摸屏与PLC相关之间关系是通过PLC内部的物理地址相联系的，也就是当PLC内部的某个物理地址被触摸屏调用时，触摸屏就可变为这个物理地址的输入或输出界面，从而满足人机界面的交互要求。

本机选用的触摸屏为威轮触摸屏（原机器上所配置的）。其界面如图15所示，图中圆形的显示灯，可以显示急停、点动、运行、双手启动、液压上限和液压下限等状态，方便用户对设备状态进行跟踪检查。除此之外，图15中长方形内陷按钮可用做数据输入，数据类型由内部设置而定。图中矩形外凸按钮是切换按钮，可以使对应的连接量接通或断开。除此之外，触摸屏界面上还可以显示图像等其他信息。

点击图16中急停右边的圆形图标（也可以设计其他形状，与个人喜好有关），则弹出图16右边的界面。如图16所示，与PLC相关联的信号X7，即前面PLC指令中反复提到的急停回路输入信号。其余圆形图标设置与此相同。这些圆形图标是位状态显示用的，其代表PLC这些输入或输出量的状态。

点击1#电机距离右边数值输入框，则弹出设定界面，在一般属性中，设定对应数据地址为D20（可根据需要选择，要在PLC说明书规定的数据地址范围内），触发地址设定LB 9000。在数值显示属性中，本程序设定D20数值为十进制（还可进行其他属性设定），且限制：4位整数，最大值为十进制的9999。数值输入框可在软件离线状态下模拟显示，如图17所示。点击方格，则显示出来一个常用的数字键盘界面，可用手触摸输入数值。

点击图17中的外凸矩形按钮，则显示的界面为形状状态显示界面，其上面的物理地址为M110，是用来设置走箔电机的工作状态用的（既工作或不工作，图17中用的文字是失效或有效）。M110是PLC的中间辅助继电器，是通过触摸屏和PLC的连接线实现信息传递的。走箔电机2和走箔电机3的设置和此完全一样，它们对应的中间辅助继电器地址是M120和M130。关于这3个PLC内部的中间辅助继电器在上面PLC程序语言第18句中都有所描述。

上面所列的各语句是本程序的所有语句，且在公司的设备上使用，现经过2个月的测试，各项指标基本满足要求。本程序编写时充分考虑了机器的现有状态，有些语句是特地为本机器编写的。因此如果读者有类似的机器，在使用本程序时，一定要注意有些语句可能需要调整。如果读者因为使用本程序造成其他问题，本文作者不承担任何法律责任。

作者单位：安川首钢机器人有限公司 北京印刷学院

责任编辑：李倩 liqian@cprint.cn

勘误声明

本刊2020年第3期将《基于环境保护的印刷包装企业现状及解决途径》一文作者钱文武的单位误刊登为“石家庄市牧工商开发总公司”，应为“安徽新闻出版职业技術学院”。特此更正，并向作者及广大读者诚挚致歉。