PLC在薄膜复卷机中的应用研究

【摘要】1.2 国内薄膜复卷机发展现状 信息化的高速发展，我国的薄膜复卷机也从模仿到自主研发，拥有大批厂家，具有自主产权。比如汕头华鹰、汕头双峰、陕西北人等包装印刷机械厂家，产品几...

【摘要】本文设计采用plc、触摸屏及变频器，设计了一套薄膜复卷机电气控制系统。复卷机是塑料包装企业一种专门用来把塑料薄膜进行重新卷取的包装机械，其控制系统的稳定性、速度的同步性对产品的质量影响很大。参照国内复卷机使用的各种先进自动化技术，该电气控制系统主要由三部分设计组成：PLC控制系统设计；触摸屏画面设计；变频器调速控制设计。充分保证了复卷机在运转过程中，速度的同步性，从而实现了在运转过程中线速度恒定、张力恒定，产品质量大大提高。

【关键词】PLC；触摸屏；变频器；薄膜复卷机机；张力控制

一、系统开发的背景及意义

1.1 国外薄膜复卷机发展现状

英国阿特拉斯、德国康普以及日本的片岗随着信息技术的不断发展，数字化、信息化、自动化技术的应用，薄膜复卷机控制技术在不断提高，在速度、控制及人性化等方面均有明显的进步，采用各种自动化技术比如可编程控制器、触摸屏、变频调速技术已成为包装机械控制系统发展的重要方向。

1.2 国内薄膜复卷机发展现状

信息化的高速发展，我国的薄膜复卷机也从模仿到自主研发，拥有大批厂家，具有自主产权。比如汕头华鹰、汕头双峰、陕西北人等包装印刷机械厂家，产品几乎囊括了从200mm到4000mm内的所有规格，行业发展迅速，但是比起国外的设备厂家，我们在研究投入上还是缺乏主动以及创新。

随着我国软包装工业的不断发展，科学技术的最新成果被应用到各行各业，近些年来人们对商品包装的要求越来越高，促进了各包装企业的蓬勃发展。而复卷机是软包装工业的核心制作设备，目前复卷机普遍存在的问题是：操作复杂、精确控制性差、操作不人性化等。因此，控制先进、操作方便简单、操作人性化、外型美观，是目前复卷机发展的重要趋势。

二、系统的实现

为了解决参照国内复卷机使用的各种先进自动化技术，该电气控制系统主要由三部分设计组成：PLC控制系统设计；触摸屏画面设计；变频器调速控制设计。充分保证了复卷机在运转过程中，速度的同步性，从而实现了在运转过程中速度恒定、张力恒定，产品质量大大提高。

PLC作为整台复卷机控制的主控机，对采集的各种数据进行处理，协调各部分的工作；触摸屏画面设计，触摸屏作为人机界面、参数设置及报警记录、状态显示终端；变频器调速控制设计，采用带PG的矢量变频器作为牵引、收卷电机的驱动部分，进行变频调速控制，保证了复卷机在运转过程中，速度的同步性，从而实现了在运转过程中速度恒定、张力恒定。

2.1 可编程控制器的结构

PLC系统主要由中央处理器（CPU）、存贮器、输入单元、输出单元、通讯接口、扩展接口、电源等部分组成。其中，CPU是PLC的核心，输入单元与输出单元是连接现场输入/输出设备与CPU件的接口电路，通讯接口用于与编程器、上位计算机等外设连接。

2.2 当前流行的可编程控制器

目前在国内应用较多的PLC产品主要包括：美国AB、GE、MODICON公司、德国西门子，以及日本欧姆龙，三菱公司等的PLC产品。

三、基于PLC的薄膜复卷机系统设计与实现

3.1 系统控制要求

本系统控制对象有3个点：放卷张力控制，收卷张力控制及主机线速度控制。要保持张力、线速度恒定，才能保证收卷膜产品质量端面整齐不跑边，不起皱也不变形，同时膜卷的硬度达到工艺要求。

3.2 可编程控制器的选型

PLC的品种繁多，其结构形式、性能、容量、指令系统、编程方法、价格等各有自己的特点，适用场合也各有侧重。因此，合理选择PLC，对于提高PLC控制系统的技术经济指标起着重要的作用。PLC是本系统的核心部件，决定系统的功能、适用性，安全可靠性及价位，因此PLC的选型工作是件非常关键的工作。

我们本次使用的为三菱FX2n系列产品，由于FX2n系列具备如下特点：最大范围的包容了标准特点、程式执行更快、全面补充了通信功能、适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块，它可以为你的工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。

3.3 系统变频器及触摸屏的选型设计

根据控制要求，选定变频器及触摸屏的型号，并简要介绍其组成、特点。

系统变频器选择使用安川G7系列，世界上首次把3电平控制方式运用到400V级通用变频器，使变频器输出电压更接近正弦波。 彻底解决了冲击电压造成的电机绝缘损伤、轴电压造成的电机主轴电腐蚀问题。因此即使无浪涌抑制滤波器，通用电机和已有电机也能安心使用变频驱动器。 大幅减低了漏电流噪音。

放卷变频器型号为Varispeed G7—，11kw，收卷变频器型号为Varispeed G7—，11kw，牵引变频器型号为Varispeed G7—，3.7kw。

3.4 PLC与变频器及触摸屏的连接设计

PLC与变频器的连接如下表，通过PLC的输出功能启动电机，同时通过新增的电压输入模块，由变频器输出电压进行速度调整。

以下是PLC [RS—232]通讯端口9针D型母座管脚排列图。这个端口用于连接MT—500系列触摸屏人机界面和具有RS232通讯端口的控制器。

3.5 触摸屏介绍及选型

3.5.1 触摸屏基本组成

触摸屏由触摸面板、液晶显示板、主控机板三部分组成，触摸面板用来识别操作者触控的位置；液晶显示板用来显示图片，用户设计的图形和文字符号等信息；主控机板上有CPU，ROM，RAM，控制电路以及与PLC传送数据的通信口。

3.5.2 触摸屏选型

随着工厂自动化水平的不断提高，触摸屏作为一种新的人机界面被广泛地应用到各行各业，使用触摸屏能很好地提高设备的生产效率，明确地告知设备操作人员、维护人员设备的运行状态及生产状态，使用触摸屏能使电气接线简单化，减小PLC的I/O点数，降低生产成本。在触摸屏上可以设置各种按钮、开关、指示灯、键盘等，对现场进行操作控制、显示、数字输入或修改系统的各个参数；可以设置种种指针式，柱式，数字式仪表，显示数据的动态变化过程；可以设置曲线图，实现多通道动态数据的监控；另外还可以制作故障指示窗口，便于操作者检查维护。由于台湾威纶公司Easy View触摸屏是一种性价比较高的触摸屏，CPU，ROM，RAM等的配置都较高，画面刷新速度和性能在同类产品中处于领先地位，组态软件功能丰富，系统开发简便，兼容性强，与三菱PLC具有很好的通用性，能够灵活组态，满足各种应用场合，所以本次设计选用Easy View MT510TV4CN作为人机界面。由于Easy View触摸屏组态软件EB500组态功能强大，在个人电脑上就能模拟显示实际状况，实现调试工作。

3.6 触摸屏窗口画面设置

根据小分切机控制系统的需要及工艺要求，设计使用威纶触摸屏界面编辑软件EB500，共设置了以下五个窗口界面。

3.6.1 开机界面

开机界面，设为“控制面板”，作为长度、直径、张力、速度参数的设定值及实时显示值屏幕。

收卷长度：设定收卷长度以及显示现时数值

收卷直径：通过材料厚度和收卷长度运算出收卷直径后显示出来

放卷直径：显示当前放卷卷筒的直径

收卷张力：设定收卷张力及显示当前的收卷张力

放卷张力：设定放卷张力及显示当前的放卷张力

收卷总长：显示当前所收的薄膜总长度

速度：通过操作盘屏面上的速度设定旋钮设定线速度以及显示现时数值

材料基本参数如厚度、密度、宽度、等设定，这些参数设会影响到PLC当前卷径的计算、影响薄膜的收卷质量，设计安排在第二个界面进行设置。

3.7 PLC模拟量输入输出模块的选择

该系统PLC除了开关量输入输出外，还需要对模拟量信号进行处理，其中：

（1）模拟输入信号有2路：

①牵引—收卷速度设定；

②张力检测信号；

（2）模拟输出信号有5路：

①牵引变频器速度给定信号

②放卷变频器速度给定信号

③收卷变频器速度给定信号

模拟量输入、模拟量输出模块的主要功能是进行数据转换，模拟量输入（A/D）模块就是将过程连续变量模拟量信号转换为PLC可以接受的数字量，模拟量输出（D/A）模块就是将PLC内部的数字量转换为模拟信号输出。典型模拟量输入、模拟量输出模块的量程为—10V～+10V、0～10V、4～20mA、0～20mA等，可根据实际需要选用，同时还应考虑其分辩率和转换精度等因素。在适当考虑备用通道的情况下，并考虑与基本单元的互通性、一致性，本系统选取了三菱公司FX2N系列2块模拟量输入、模拟量输出模块，其中：

（1）1块为模拟量输入模块，型号为：FX—4AD，4通道电压输入（—10V～+10V直流）或电流输入（—20Ma～+20mA直流），12位高精度分辩率，本系统选取电压输入。

（2）1块为模拟量输出模块，型号为：FX—4DA，4通道电压输出（—10V～+10V直流）或电流输入（0mA～20mA直流），12位高精度分辩率，本系统选取电压输出。

（3）1块为模拟量输出模块，型号为：FX—2DA，2通道电压输出（0V～10V直流，0～5V直流）或电流输出（4mA～20mA直流），12位高精度分辩率，本系统选取电压输出。

四、系统控制程序的设计

该系统采用Delphi编程语言，关键是对“收卷半径计算”，“停车半径”，“收放卷张力计算”进行编程控制。

系统控制流程如图4-1

五、结论

系统界面清楚、美观；采用触摸屏控制，操作简单明了，充满人性化设计；控制更加精准，大大提高了生产效率及生产质量。

参考文献：

[1]张万忠主编，《可编程控制器应用技术》.北京： 化学工业出版社，2002（1）.

[2]钟肇新等主编，《可编程控制器原理及应用》.广东：华南理工大学出版社，2008（2）.

[3]安川电机株式会社，《Varispeed G7使用说明书》，资料编号 TOCP C710616 13D，2007（2） .

[4]三菱电机，《三菱FX系列可编程控制器编程手册》

[5]三菱电机，《三菱FX系列特殊功能模块使用手册》

[6]台湾咸纶，《威纶触摸屏组态软件EB500使用手册》

作者简介：

蒋秀姣（1980—），女，汉族，广西柳州人，柳州城市职业学院讲师，研究方向：计算机教育与研究；

付凤华（1984—），女，广西柳州人，柳州城市职业学院助理讲师，研究方向：计算机教育与研究。