董本志，徐 強(qiáng)，任洪娥

DONG Ben-zhi, XU Qiang, REN Hong-e

（東北林業(yè)大學(xué)，哈爾濱 150040）

0 引言

隨著我國(guó)家具和木制品工業(yè)的快速發(fā)展，各種用途的人造板都具有廣闊的發(fā)展前景[1]。生產(chǎn)人造板的主要原料是優(yōu)質(zhì)的木材刨花，在分析傳統(tǒng)方式的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了盤(pán)式刨花機(jī)，它是用來(lái)生產(chǎn)高質(zhì)量微米級(jí)木材刨花的機(jī)械設(shè)備。刨花工藝中，由于木材是各向異性材料，木材的刨花受切削方向和切削速度的影響很大，因此合理控制切削過(guò)程中速度和方向能大大提高刨花的品質(zhì)[2]。引入一套可靠、穩(wěn)定的數(shù)控系統(tǒng)解決了刨花機(jī)的控制問(wèn)題，同時(shí)控制系統(tǒng)還能夠完成自動(dòng)生產(chǎn)、節(jié)省人力資源和大大提高生產(chǎn)效率。目前僅有德國(guó)邁耶公司擁有生產(chǎn)微米級(jí)木材刨花的控制技術(shù)。

1 盤(pán)式刨花機(jī)組成和控制過(guò)程

盤(pán)式刨花機(jī)基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，按照功能劃分，可分為以下五個(gè)組成部分：進(jìn)料輸送臺(tái)、進(jìn)料壓輥、切削刀盤(pán)、余料壓輥和余料輸送臺(tái)。由變頻器控制切削部分的主軸電機(jī)，方便調(diào)速。其余四個(gè)部分由五個(gè)汽缸、四個(gè)步進(jìn)電機(jī)和八個(gè)定位用的行程開(kāi)關(guān)構(gòu)成。盤(pán)式刨花機(jī)控制系統(tǒng)所用到的電氣設(shè)備還有：PLC一臺(tái)、交流接觸器、繼電器、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和開(kāi)關(guān)電源等[3]。

開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的盤(pán)式刨花機(jī)控制系統(tǒng)，包括下列工序：上木料，傳送木料，進(jìn)料端壓輥夾送（保持進(jìn)料時(shí)木料平穩(wěn)）木料，到達(dá)切削位置時(shí)刀盤(pán)上升進(jìn)料端壓板加緊（保證切削過(guò)程木料水平穩(wěn)定）木料開(kāi)始切削，切削完畢后刀盤(pán)下降等待下一次切削，余料輸出端送出余料，最后卸下剩余木料，至此一個(gè)操作過(guò)程結(jié)束。在余料輸出的同時(shí)放入新的木料，開(kāi)始循環(huán)工作[4]。

圖1 盤(pán)式刨花機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

2 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)可分為以下模塊：系統(tǒng)啟動(dòng)和停止部分，進(jìn)木料、出余料部分，刀盤(pán)自動(dòng)切削部分，系統(tǒng)急停和故障報(bào)警部分等。系統(tǒng)自動(dòng)控制的實(shí)現(xiàn)和各個(gè)行程開(kāi)關(guān)有密切關(guān)系，其中八個(gè)重要行程開(kāi)關(guān)的安裝位置如圖1中的 A、B、C、D、E、F、G、H點(diǎn)所示。為了應(yīng)對(duì)自動(dòng)系統(tǒng)故障問(wèn)題，有兩種工作模式可供選擇，人工控制和自動(dòng)控制。人工控制是指操作員通過(guò)控制柜的按鈕完成每一個(gè)工序，工作效率低，但是可以保證生產(chǎn)繼續(xù)進(jìn)行，減少損失。自動(dòng)控制的工作效率高，能完成從進(jìn)木料，切削，出余料等一系列生產(chǎn)過(guò)程。自動(dòng)控制的工作流程圖如圖2所示。

圖2 自動(dòng)控制工作流程圖

2.2 控制系統(tǒng)參數(shù)

受到盤(pán)式刨花機(jī)的工作環(huán)境限制，要選定一個(gè)能在惡劣環(huán)境下穩(wěn)定工作的控制核心，據(jù)此選用了工作可靠，穩(wěn)定，抗干擾性能好的歐姆龍CP1H系列PLC作為控制核心。此PLC擁有四路高速脈沖控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，有兩路模擬量控制變頻器，通過(guò)RS-232串口實(shí)現(xiàn)PLC與上位機(jī)的通信。其基本性能還有：24點(diǎn)輸入，16點(diǎn)輸出，輔助繼電器（一般用500點(diǎn)M0-M499），程序容量：64K（可裝存儲(chǔ)卡擴(kuò)充），基本指令：34種，可在程序運(yùn)行時(shí)寫(xiě)入程序，電源模塊內(nèi)置：DC24V，擁有定時(shí)器和計(jì)數(shù)器[3]。

表1 PLC輸入/輸出點(diǎn)的含義

在該控制系統(tǒng)中，PLC的輸入來(lái)自以下三個(gè)方面：1）行程開(kāi)關(guān)的通斷信號(hào)；2）控制面板的按鈕信號(hào)；3）上位機(jī)控制信號(hào)。PLC的輸出控制著變頻器，繼電器，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，報(bào)警喇叭，故障信號(hào)等做出相應(yīng)的動(dòng)作，完成盤(pán)式刨花機(jī)的自動(dòng)控制過(guò)程。其具體輸入/輸出點(diǎn)代表的含義見(jiàn)表1。

2.3 控制系統(tǒng)的梯形圖

根據(jù)圖2所示控制流程圖，采用梯形圖編程語(yǔ)言編制系統(tǒng)中各個(gè)模塊的程序。下面給出系統(tǒng)進(jìn)木料部分梯形圖（包括人工和自動(dòng)），如圖3所示。

圖3 進(jìn)料部分梯形圖

在系統(tǒng)啟動(dòng)之前把木料平放在進(jìn)料臺(tái)上，按控制面板上的“啟動(dòng)” 按鈕，使W0.00觸發(fā)，控制系統(tǒng)進(jìn)入啟動(dòng)狀態(tài)，PLC發(fā)出脈沖驅(qū)動(dòng)進(jìn)料電機(jī)，開(kāi)始進(jìn)木料，如果具備下面條件：A點(diǎn)行程開(kāi)關(guān)被觸發(fā)，B點(diǎn)行程開(kāi)關(guān)沒(méi)有信號(hào)。則進(jìn)料端壓輥下降夾送木料，等到B點(diǎn)有上升沿信號(hào)時(shí)，刀盤(pán)延時(shí)上升準(zhǔn)備切削，刀盤(pán)上下分布兩個(gè)限位開(kāi)關(guān)，防止行動(dòng)過(guò)限。系統(tǒng)的退出余料，急停和報(bào)警部分的程序段，不再贅述。

3 系統(tǒng)在生產(chǎn)中的檢驗(yàn)

圖4是德國(guó)麥耶公司加工的刨花，圖5是本文所述盤(pán)式刨花機(jī)加工的刨花。圖5所示的長(zhǎng)條薄片刨花厚度分別是62、47、100、110、53μm，長(zhǎng)度在55～80mm之間,寬度在31～65mm之間。利用本文所述數(shù)控系統(tǒng)，控制刨花機(jī)生產(chǎn)的長(zhǎng)條薄片刨花已經(jīng)達(dá)了到德國(guó)邁耶公司同類設(shè)備的技術(shù)水平。

圖4 德國(guó)麥耶公司加工的長(zhǎng)條薄片刨花

圖5 盤(pán)式刨花機(jī)加工的刨花

4 結(jié)束語(yǔ)

基于PLC開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的盤(pán)式刨花機(jī)控制系統(tǒng)，具備很高的穩(wěn)定性和可靠性。通過(guò)實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證出，該自動(dòng)控系統(tǒng)不僅提高了生產(chǎn)效率，而且還大大提高了生產(chǎn)產(chǎn)品的精細(xì)度，最大程度的擴(kuò)大了經(jīng)濟(jì)效益，完全滿足大規(guī)模生產(chǎn)的需要。

[1]阿倫.馬巖.微米級(jí)薄片木纖維高強(qiáng)度人造板制造工藝研究[J],木材加工機(jī)械,2006.17(1):22-24.

[2]馬巖.微米木纖維低密度輕質(zhì)板制造技術(shù)討論[J].林木工業(yè),2006(4):19-21.

[3]王輝等.歐姆龍系列PLC原理及應(yīng)用[M].人民郵電出版社.2009.

[4]牛軍燕,顧寄南.基于PLC的自動(dòng)換刀系統(tǒng)研究[J].制造業(yè)自動(dòng)化,2010,06:35-36,87.