龙门式输送堆码机PLC控制系统设计
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摘要：本文介绍了瓦楞纸板生产线中，龙门式输送堆码机的结构和工艺流程，针对以前常见的简易式输送机，存在着动作缓慢，生产误差大，速度慢，效率低等不足之处，提出用PLC和触摸屏、变频器设计一个新的控制系统，机械输送部分增加气动挡杆来分离纸板，最后段输送部分增加上下升降功能，增加自动点数功能，设计堆叠架的快速排纸和挡板的快速移动，以实现瓦楞纸板的快速排出、堆垛，高效、可靠，自动化程度高，达到中、高速瓦楞纸板生产线的水平。
关键词：PLC控制 小龙门堆码 维控（WECOM） 触摸屏 变频器
一、引言
龙门式输送堆码机是瓦楞纸板生产线上的重要设备，其作用是将生产线横切机定尺寸切断后的成品纸板，经由此机接纸、自动输送、自动堆跺，自动横向输出到输送工作台，再由工人或物流系统转运到印刷机进行印刷。以前除吊篮式输送堆码机外，一般采用简易型的输送机，虽然电机也是用变频器控制，但受制于结构，当瓦楞纸板生产线速度超过90米/分时，简易型的输送机就来不及排出纸板，跟不上生产线的速度。现在市场上生产线的速度要求越来越快，效率要高，简易型输送机效率低下，速度慢，已跟不上市场的需求，我们公司也顺应市场，通过电气、机械部分的设计，采用PLC、触摸屏和变频器的控制运用，推出了速度快、效率高、计数准确的龙门式输送堆码机，满足了市场的需求。
二、龙门式输送堆码机的主要结构
主要由输送带输送部分（纵向）和堆叠、横向输出部分（横向）两大部分组成。输送带输送部分由1#、2#、3#（M1、M2、M3）三段皮带组成。
横切机的出纸压轮处装有一个计数光电开关，横切机排出纸板时，经过一张计数一张，快速计数。在第一段皮带（1#）的转轴上装有一个旋转编码器，用来计算比较刚排出的纸板是否走完第一段皮带距离;第一段和第二段皮带之间装有一根气动顶杆，够数卸载时向上顶起，用来分离纸板，将计够数的纸板快速向后输送排出。
第一、第二段的输送皮带架固定，最大的技术设计改进是在第三段皮带输送架处装有一个龙门支架，在第三段皮带和第二段皮带的连接处，用了两个摆动轴承联接，以此做支点，使第三段皮带架尾部，通过升降电机（M5）带动滚轮可以在龙门架导轨上上升，达到不断堆高纸板，不会相撞纸板;同时依靠皮带架上升和皮带速度的调整变慢，将后续的纸板堆积在2#、3#输送皮带上，为横向快速排出纸板赢得时间，达到提高整条生产线速度的目的。
横向出纸部分紧接在第三段皮带龙门架后面，高度比前面的第三段输送皮带架要低，以方便接收第三段皮带输送过来的纸板，由两个皮带横向输出的输送架和两组可移动的输送滚道组成;其中一个3米多长的输送架（4#）（M7），紧跟在第三段皮带后面，架子上面有一块整幅的皮带，作为横向快速输出，排出纸板，皮带上有一个由电机带动可前后移动的挡纸板（M6），刚好挨着（4#）输送皮带面，但不接触，用来挡住不同尺寸的纸板，使其堆叠整齐;另一个短一点的5#皮带输送架（M8）紧贴摆放在4#输送架的旁边，接收由4#皮带输送过来的纸板，再输送到旁边的输送滚道上。
三、设备的工艺流程简介
龙门式输送堆码机安装在整条瓦楞纸板生产线的最后，紧挨着高速横切机，横切机切断的成品纸板经输送压轮送落到龙门式输送堆码机的第一段皮带上，排出一张计数一张，输送堆码机的皮带速度按比例比生产线的车速要慢，但跟纸板生产线的速度同步，以使纸板落在皮带上能一张叠一张并拉开一定距离叠得整齐，按顺序经过三段皮带的输送，最后段（3#）（M3）将纸板输送到横向皮带输送架（4#）上，在3#输送架靠近横向输送架的外侧，装有一个光电开关，用来检测落到横向输送架上纸板的高度，可随3#输送架尾部上下移动。当堆叠起来的纸板被光电开关检测到时，光电开关发出信号给PLC，PLC输出信号给升降变频器并控制松开升降电机的刹车，使升降电机按设定的速度迅速上升，当光电开关没有检测到纸板时，升降电机停止上升，等待下一个上升信号。升降电机每次动作时都会先松开刹车，这个动作是预防突然断电造成意外。
四、控制系统的硬件设计
（1）PLC 选择
可编程控制器由于具有高的可靠性，编程方便，便于使用、修改，安装方便等性能在工业控制中有着广泛的应用。
本系统选用西门子公司的S7-200 CPU226CN （晶体管输出型）来控制设备的运行。它以紧凑的结构，低廉的价格，良好的延展性，强大的指令功能，方便快捷的安装、拆卸方式，是控制工程的理想控制器。S7-200 PLC 包含了一個单独的S7-200 CPU 和各种可选的扩展模块，可以十分方便地组成不同规模的控制器。S7-200 的编程软件STEP 7—Micro/WIN 可以方便地在Windows 环境下对PLC编程、调试、监控，使得PLC的编程更加方便、快捷。在本设备上选用了晶体管输出型的CPU226CN （6ES7 216-2AD23-0XB8），它有两个通讯端口，一个用来和触摸屏通讯，一个用来和西门子变频器通讯;一个EN221输入扩展模块（6ES7 221-1BH22-0XA8）。
（2）人机界面选择
触摸屏是一种人机交互装置，在控制系统中，触摸屏常作为PLC的输入输出设备，通过使用相关软件，设计出满足用户要求的监控画面，实现对控制对象的操作和显示，用于参数输入和控制命令的发出。在本系统中选用了维控公司的WECOM品牌触摸屏 维控触摸屏一个项目可同时管理多个触摸屏程序，同时支持多种语言切换，服务于不同的国家和地区，各语言可单独指定字体字型，提供程序密码保护功能，通过串口和以太网通讯及U盘，可随时处理系统和应用更新，特别是可用U盘来下载触摸屏的程序，对修改程序和下载，十分方便快捷;使用WECOM软件，支持离线及在线仿真，仿真效果好，支持穿透通讯，编程方便，元件外形图案和颜色选择多。
五、主要的程序硬件设计
主要是主电路和PLC的I/O 分配，考虑到系统的可靠和以后的扩展或维修方便，有些空的I/O点备用。
六、触摸屏画面设计
触摸屏主要对系统的一些参数进行设置，如设定张数、设定速度、设定时间，以及一些开关控制，主画面设置了一般常用的参数和子画面按钮，以方便操作者操作。
（1）主画面
设好要卸载设定张数;正常工作时，前挡杆不用操作;选好显示的语言，中文英文可随时转换;后挡板设为自动，挡板会根据纸板长度加上后挡板自动位移值这两个值相加得到的长度，自动移动到此位置停下。
（2）PLC输入点监控画面
（3）PLC输出点监控画面
PLC输入和输出点监控画面里，名称栏下面的是位指示灯，当输入或输出点无信号（未接通）时，对应的文字的背景颜色为淡黄色，当有信号（接通）时，对应的背景会变为天蓝色，即有两种背景颜色来分辨输入点和输出点的通断情况，方便维修人员检查和监控。
结束语
通过以上的设计，经过生产现场的安装调试，本套系统达到设计要求，已成功用于我公司出口伊朗、越南 墨西哥和国内的生产线上。通过西门子PLC的系统控制WECOM人机界面的设计，西门子高品质变频器的应用，大大提升了瓦楞纸板生产线整线的有效生产速度，当生产线的车速达到170米每分钟时，本龙门式输送堆码机仍能满足要求，快速排出纸板，而且计数准确，极大地提高了生产效率，满足了市场的需求。
参考文献：
（1）《西门子S7-200可编程控制器系统手册》，西门子公司出版，2003年版。
（2）《西门子MICROMASTER G120C使用说明书》，西门子公司出版。
（3）张运刚、宋小春、郭武强《从入门到精通——西门子S7-200 PLC 技术与应用》，人民邮电出版社出版，2007年6月第1版。
（4）《维控触摸屏使用手册》维控公司出版
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