基于PLC的中空内模板智能开槽机设计

王文村

摘要：高分子中空内模板是一种建筑室内墙使用新型环保材料，它价格便宜容易生产，使用广泛。根据市场使用的要求需要在板材上进行开槽。目前的生产板材的设备没有这项功能，如果线下开槽会降级生产效率，浪费人力资源，容易造成粉尘污染。对此创新设计了一种基于PLC可编程逻辑控制器的智能开槽机，与原生产设备有效结合，生产线的中端位置加入智能开槽功能，很好解决了线上开槽问题。开槽机具有结构简单、控制灵活、易于制造的特点，可以根据板材的长度的变化通过人机交互界面任意设定开槽的长度、间距和数量，达到了智能开槽的要求，开槽机可以广泛用于中空内模板的生产线。

[关键词]   中空内模板    智能开槽机  可编程逻辑控制器    人机交互界面

1、设计要求

本次设计的智能开槽机与板材生产设备无缝对接，主要用于中空内模板批量开槽。该板材每个批次的长度不一样，因此要求开槽的长度、间距和数量也不一样，但是每个批次要完全一致。这就要求开槽机具有实时调整开槽参数的功能，可以实时调整开槽的长度、槽间距和开槽数量，并且对其开槽质量、工作效率、协同性、可靠性、人机交互友好、经济性提出了比较高的要求，具体要求如表1

2、方案设计

根据设计要求，对开槽机的功能及实现方式进行细化，因此本设备由控制系统、开槽系统、人机交互系统等三个方面组成。由于要求与板材生产线进行无缝对接，因此现场的速度数据使用旋转编码器从生产线获取，运用PLC可编程逻辑控制器进行数据的处理及运算，使用步进电机达到开孔的相关要求。使用高速电机带动铣刀旋转，运用直线滑台控制电机的上下运行，运用昆仑通泰触摸屏实现人机交互。具体方案如图1所示。

3.1电源电路电源电路由断路器、交流接触器、按钮、开关电源、指示灯等组成。

电路具有过载保护、欠压、失压保护等保护功能，确保电路正常运行。采用低压断路作为线路总开关。它集控制和多种保护功能于一体，当电路中发生短路、过载和失压等故障时，它能自动跳闸切断故障电路。由于开槽电机启动时电流较大，因此使用交流接触器作为电源启动的中介，线路配有电源指示灯和系统运行指示灯，操作人员能够及时了解开槽机的工作信息。

3.2控制线路的设计。控制线路的工作原理可是利用PLC作為系统数据的运算CPU，利用旋转编码器记录工作台位移和速度，采用光电传感器检测滑台位置，PLC通过读取触摸屏的相关数据和旋转编码器数据对系统数据进行初始化，把数据进行逻辑运算传给步进电机和人机交互界面，完成控制要求。本系统中PLC采用了市场通用的三菱FX3U系列的PLC，采用欧姆龙1024P/L旋转编码器，根据控制要求进行I/O分配，如表2所示

4、开槽系统是由滑台、开槽电机、铣刀和相关配件组成。滑台采用了滚珠丝杠直线滑台模组。滑台由57步进电机拖动运行，运行平稳可靠，载重能力强，能够根据控制系统的要求精密运行。开槽电机采用高速CNC直流500W主轴电机，具有噪音小，效率高，能耗低的特点，能够夹装3--10mm的精钢铣刀完成开槽功能，开槽系统结构简单，性能优良。

5、人机交互界面可以把操作工人的开槽要求等相关数据发送给控制系统进行运算，从而达到我们开槽的要求。人机交互界面如图2所示

本产品采用昆仑通态触摸屏，界面友好，操作简单方便，功能齐全。设有自动运行和手动运行模式，具有设备的启动、停止，开槽参数的调整变化，设备运行速度和移动距离的调整，简单易操作，为了防止误操作还设有密码锁屏功能，一般初学者操作工人都能在短时间内让掌握开槽机的操作方法。

7、总结

设计的产品符合经济社会发展要求，有利于行业工业设计发展，促进工业自动化转型升级。配合原来的生产线进行线上开槽具有创新性，设计新颖性，具有独创性。经过近一年的使用性能稳定，技术先进，功能合理，能满足使用要求，维护方便，更换元器件简单，具有漏电保护、上下限位保护、过载保护等安全保护措施。人机交互界面具有良好的舒适性、便捷性，识别与操作简单、高效，人机关系协调。材料运用合理，工艺品质精良，产品质量可靠。设备结构比较简单，功能强大，能够代替人工在线下开槽，使用该设备后能够减少了人工成本，把操作工人从简单枯燥的劳动中脱离出来，又提高了生产质量和效率，能够有效降低生产成本。

参考文献：

[1]李金城.三菱FX系列PLC定位控制应用技术 [M].电子工业出版社，2014：176-182.

[2]张明光.PLC在工业自动化中的应用研究 [J].吉林工程技术师范学院学报，2012，07：61-62.