和利时LM系列PLC在花炮卷筒机控制系统中的应用

摘  要 花炮卷筒机的自动精确运行是提高花炮产量和安全生产的基础。基于和利时公司LM系列PLC的花炮卷筒机控制系统，可实现整个生产过程的手/自动控制和生产状态（包括运行流程、故障报警）的监控，控制系统具有操作简单和人性化等特点，这对花炮生产企业提高生产率和生产安全性具有重要意义。

关键词  PLC；人机界面；花炮卷筒机控制系统

1 引言

　　我国是全球烟花爆竹的生产大国，产品出口100多个国家和地区，仅在“花炮之乡”浏阳市，2008年的产值就高达100多个亿，创税10多个亿，成为当地经济的支柱产业。然而作为这样一个历史悠久、规模巨大的传统产业，目前的生产处在十分落后的状态。随着我国花炮产业入高速发展时期，加速花炮机械化、自动化生产，是花炮行业提高产量和安全生产的基础。

　　中国目前花炮卷筒机的控制系统有两种方式，一种采用炮卷筒机专用控制器，另一种采用PLC控制。由于专用控制器都是基于单片机开发而成，它的抗干扰能力和稳定性比PLC要差，而这对于花炮生产的持续性和稳定性尤为重要。

2 系统设计

　　花炮卷筒机的动作主要有：送纸、压辊、抱纸、卷筒、加水、加胶、切纸、切筒、进筒灯一系列工序。根据工序的特点，在PLC的控制程序里有手动和自动控制两种控制模式。在手动控制模式下，可以单独对每一个工序的动作进行控制；当切换到自动控制模式，PLC程序会根据预先设置好的流程来控制卷筒机工作，不需要人工干预。所有的这些手动操作和手/自动信号的切换都是通过触摸屏进行的。
 

 

　　系统工作流程：

　　1：上电  （上电检查、筒原始位、推筒退限位、压辊下限位、抱纸下限位是否在原始位置）
　　2：启动 （条件：上电检查正常，手动/自动转换开关在自动位置）
　　3：第一送纸 （要求：速度可调、长度能达到500mm、有延时）
　　4：压辊 （要求：第一送纸长度达到，有延时）
　　5：抱纸 （要求：压辊动作完成，有延时）
　　6：卷筒、第二送纸 （要求：抱纸动作完成；卷纸以及送纸都要求有延时，送纸长度达到设定长度卷纸电机停止运行；送纸长度最长要求达到3000mm以上，第二送纸速度可调）
　　7：切纸 （条件：送纸长度达到设定长度，送纸电机以及卷纸电机停止运行；有延时；时间可调，时间在1S以内，精确到小数点后一位）
　　8：卷筒 （条件：切纸动作完成；时间可调，时间在5S左右，精确到小数点后一位）
　　9：切筒、抱纸下 （条件：卷筒完成；卷纸动作完成之后抱纸电磁阀动作，抱纸汽缸上的下限位磁性开关触发，切筒动作开始；要求：切筒动作时间可调，时间在9S左右，一般为整数，切筒动作有延时）
　　10：压辊下 （条件：切筒动作完成，切筒原始位磁性开关点亮）
　　11：推筒进、第一送纸 （条件：压辊下动作完成，切筒原始位以及压辊下限位在原位）
　　12：推筒退 （条件：推筒进限位点亮）
　　13：压辊： （切筒原始位、推筒退限位、压辊下限位、抱纸下限位在原始位置、第一送纸长度达到）
……一直按上述循环

　　系统的控制流程如下：
 

 

　　在此流程图里，“纸长”是指卷成一个炮筒的纸张长度，在实际控制的过程中，每一个节点的纸长由送纸电动机（步进电机）来控制。和利时LM系列的PLC带有脉冲输出功能，能够根据PLC程序输出规定个数的脉冲串（PTO）或者脉宽可调的周期性脉冲信号（PWM），输出的脉冲串通过电机驱动器精确的控制步进电机的运转，从而达到控制节点纸长的目的。此外，LM系列PLC具有高速计数功能，从而可以监视步进电机反馈回来的脉冲信号，经过简单的转换，就可以在程序里监视纸长的真实情况。

　　在PLC程序里，把每一个气动阀、每一个电机的操作状态和运行状态（包括运行时间、启动次数）记录下来，上传到人机交互界面上。人机界面设计如下
 

 

3 PLC硬件配置

　　根据上述控制流程设计，输入输出信号清单如下：

表  3-1 输入输出信号清单

 

4 应用特点

　　基于LM系列PLC的花炮卷筒机控制系统具有如下特点：

稳定性和安全性

　　PLC和触摸屏都通过了CE认证、EMC测试，可以在比较恶劣的工业生产现场工作，抵御各种恶劣条件的能力较强，这就为持续生产提供了必要的保障。此外系统提供了一键紧急停止按钮，当现场发生生产事故或某个设备发生故障需要停车的时候就可以快速的一键停止操作。

操作简单

　　触摸屏上的操作界面非常人性化，每个设备环节的运行状态都有提示，每一步操作都有相应的说明，互锁的操作按钮都会相互锁定，增强了操作安全性、降低了操作门槛。

可维护性

　　由于对系统中的每一个设备都做了故障状态、运行状态、操作状态记录和保存，日常事故的追踪和设备的维护都变得更加简单。

参考文献

[ 1 ]  顾战松，可编程控制器原理与应用[M]，国防工业出版社.
[ 2 ]  方承远，工厂电器控制技术[M]，机械工业出版社.
[ 3 ]  花炮机械网.www.huapaojixie.com

作者简介  

周子建，华中科技大学毕业，学士学位，研究方向为自动控制，现任北京和利时自动化驱动技术有限公司区域技术支持。