基于PLC和触摸屏的皮革覆膜机控制系统

2018-02-26乔鹏

电子技术与软件工程 2018年16期

乔鹏

摘要

许多皮革生产企业，仍然还在使用以工控器和直流组成的控制系统，其覆膜的精度虽能符合基本要求，但通常不是太高。随着社会的进步与发展，原来的控制系统已经不能满足客户对产品更高的要求，因而提高自身产品的科技含量显得非常重要。由于皮革自身的特点，在覆膜过程中，其张力难以控制，容易产生气泡、脱层等不可克服的问题。改进的皮革覆膜机控制核心由PLC和触摸屏组成，利用伺服电机驱动系统，张力传感器控制张力，温度传感器控制温度，自动化程度比以往有大大的提升，有效地提高了工作效率、控制精度、张力大小、温度高低。

【关键词】皮革覆膜机 PLC 触摸屏自动化传感器

许多皮革生产企业，仍然还在使用以工控器和直流组成的控制系统，其覆膜的精度虽能符合基本要求，但通常不是太高。随着社会的进步与发展，原来的控制系统已经不能满足客户对产品更高的要求，因而提高自身产品的科技含量显得非常重要。本文介绍的高精度皮革覆膜机控制系统，电机运转速度由伺服电机控制，皮革的长度由PLC结合编码器控制，镜面辊表面温度由自动温度控制系统精确控制，张力传感器实时反馈张力情况，当覆膜实际长度等于设定值时，电机停止运转，覆膜完成，人机界面上显示覆膜的速度及累计的覆膜长度等参数。

1 皮革覆膜机的概述

1.1 覆膜的过程

皮革覆膜就是将皮革与涂上粘合剂的塑料薄膜，经加压、加热后粘合在一起，生产出皮塑一体的产品。覆膜以后大大提高了皮革的光泽度和坚固度，使皮革的颜色更鲜亮，具有一定的立体感，同时还能够起到耐折、耐磨、耐腐蚀、防污、防水、易清理等特点。皮革覆膜，在加热加压进行复合的时候，粘合剂需要均匀地敷于薄膜表面，经过干燥装置干燥后，再进行热压复合，最后生产出皮塑一体的产品。

1.2 覆膜机热压合的方式

覆膜机热压合的方·所示热压合部分是覆膜的核心所在，直接关系到覆膜皮革的粘结稳固度。热压合工作原理是由于粘合剂在融熔状态时能够快速浸润及渗入皮革表层，获得稳固的结界层。热压区域由一组辊筒组合而成，热压辊为金属辊筒，内装电加热管，通过系统自动控制温度，辊筒压力通过间隙调节。

1.3 覆膜机的结构

皮革覆膜机主要由薄膜放卷、皮革输入、热压区、收卷四个部分组成，还包括机械传动装置、控制系统等装置。其中热压区部分为覆膜机的核心部分，包括一对复合辊组。复合辊组是由可加热的压力辊、无加热的压力辊组成。热压力辊经精磨、抛光处理，内部为空心状态，其中装有加热管，温度控制由温度传感器采样、并随时校正。

2 覆膜机的系统要求

机器在工艺控制上要求具備手动和自动功能，在手动运行的功能下下可以调整电机前进以及后退，自动功能下整机可以自动运行;

覆膜的宽度可以调整，从100mm-2000mm不等;

覆膜的厚度为10-20um，胶层厚度为5-20um，同时可以根据皮革自身厚薄误差进行分别调节;

放卷装置和收卷装置的速度可以设定;

覆膜机的预设长度、长度实测值、张力情况能够实时的显示，覆膜机的松紧度可以实时调整。为了简化操作人员操作，必须采用友好易读的人机界面，容易设定观测参数，有效方便地控制设备，监视设备的运行过程。

3 覆膜机的主控方式选型

数控系统。专业的数控系统具备很多优点包括程序易修改，复杂的运动控制精确性高，但最大的缺点是价格太贵，同时对操作人员技能要求的要求较高，而本系统的皮革覆膜机控制程序简单，控制程序无需经常改变，所以本设备不适合选用数控系统。

运动控制卡，运动控制卡需结合计算机实现控制功能，硬件成本相对较低，但是控制精确性偏弱，同时对计算机的依赖性过高，稳定性存在隐患。另外，计算机便捷性较差，不适合本设备的使用。

PLC+触屏，本方案面向工业环境，稳定性高，体积大小适合，价格便宜。程序采用LAD梯形图语言，程序几乎无需维护。

比较而言：选择PLC+触屏方案。

4 硬件配置

4.1 张力检测装置

张力传感器和设备的贴合非常的紧密。一般使用成对的张力传感器，分别安装于检测导辊的两侧，当料带被施加负载时，张力传感器当中的敏感元件会产生变形位移，通过位移量的大小检测出实际张力值，并转换成张力信号反馈给控制器，实现张力闭环控制。张力传感器的类型较多，经常采用的有板簧式微位移张力传感器、应变电阻片张力传感器和压磁式张力传感器。

根据设备的特点，采用超薄式张力传感器，该传感器具有如下优点：内置轴承，防尘防腐蚀设计，安装方便，输出信号响应快、线性好等特点

4.2 温度检测装置

采用温度传感器采集温度，覆膜机工作时，覆膜辊在不断地运动，这就导致测温点快速变化，考虑温度传感器的操作方法、工作特点、价格优势等，结合覆膜机工作方式，选用非接触式的红外测温传感器，其优点为：无接触可测问，响应快，不受摩擦干扰等。

4.3 收、放卷设备

放卷设备是将一定直径的卷材按设定的运动方式放开。由于放卷过程中卷材的半径越来越小，转速可能越来越快，导致张力变小，因此在放卷设备上需安装制动设备。

同理，收卷设备随着卷材的卷绕，半径越来越大，导致张力变大，从而使得产品厚度变小，不均匀，甚至断裂;可以用旋转编码器和高速计数器来检测长度信号，根据长度值，用PLC的开关量改变调压器的电压，以此调节卷取时张力。

4.4 伺服驱动系统

由于伺服的响应速度远远大于变频器，而且系统对速度的精度和响应要求很高，所以采用伺服控制。伺服驱动系统采用“脉冲+方向”控制模式，速度控制从PLC控制模块的高速脉冲输出口输出，控制伺服驱动器的速度和方向。优点如下：运转平稳，不会产生振动;精度高;响应快，加减速时间短;过载能力强;控制更可靠。

4.5 PLC配置

复膜机控制系统是对多个模拟量的闭环控制，因此对PLC的运算速度、可靠性要求极高，为此选用西门子S7-300系列PLC。S7-300 PLC具有强大的PID控制功能，编程简单，易实现PID闭环控制。S7-300 PLC的CPU模块都有一个MPI（多点接口）接口，易于实现与计算机的接口通信。

4.6 人机界面

通过复膜机控制系统要求控制的参数可知，人机界面即触摸屏需要具有较大尺寸和响应速度。由于本系统PLC选用的是S7-300型号，因此触摸屏也选用西门子的产品，西门子的触摸屏有以下优点：功能强、可靠高、易于实现触摸屏和S7-300之间的通信、可进行模拟调试。本系统触摸屏采用西门子TP270系列，屏幕尺寸10.4英寸，256色液晶，1个CF卡插槽、两个RS-232接口、一个RS-422/485接口，可以通过USB、RS-232串口连接打印机。

主画面如图1所示，系统运行时显示该画面，包含系统主要的信息，主要有实时速度、实时温度、紧急停止、张力报警、长度设定等，该画面用于显示最重要的工艺参数并可实时控制。

4.7 覆膜机的控制系统示意图

如图2所示。

5 軟件设计

覆膜机运行时，首先由PLC对系统进行初始化，检测CPU，存储器以及各I/O端口等状态，进行系统自检测，确认系统各部分是否正常;循环扫描输入端口信号，执行参数的设定，开始运行。

5.1 PLC主要输入输出接口

自动手动按钮;自动运行开始;伺服故障输入;伺服电机;烫压机运行信号等。

5.2 软件系统功能图

如图3所示。

6 结语

设备试制成功后经厂家使用，控制系统的性能非常稳定可靠，抗干扰能力较强，达到厂家要求的主要性能指标。新增加的人机界面功能，为方面操作以及掌握产品的信息提供了帮助。但与传统的覆膜机比较设备的成本有所提高。

参考文献