曾喜娟，吳志華

(1.黎明職業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院，福建 泉州 362000；2.黎明職業(yè)大學(xué) 信息與電子工程學(xué)院，福建 泉州 362000)

鞋子自動(dòng)刷膠機(jī)可以給鞋子自動(dòng)上膠，還可以用在皮革、紙盒、飾品、建材、運(yùn)動(dòng)器材等行業(yè)中，具有安全設(shè)計(jì)、防止手被卷入滾輪內(nèi)，防止工作物被卷入蓄膠糟內(nèi).采用步進(jìn)電機(jī)拖動(dòng)滾輪刷膠，滾輪半徑為30 mm，速度可以調(diào)節(jié)，以達(dá)到刷膠需要的工藝，同時(shí)膠槽及滾輪均可獨(dú)立控制溫度，使用方便，為制鞋提高了生產(chǎn)效率.因此控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性及準(zhǔn)確性對(duì)鞋子的生產(chǎn)起到了決定性的作用.

1 鞋子自動(dòng)刷膠機(jī)原有的控制系統(tǒng)

圖1 單片機(jī)控制的鞋子自動(dòng)刷膠機(jī)控制系統(tǒng)的原理圖

原有的鞋子自動(dòng)刷膠系統(tǒng)是采用單片機(jī)控制的，其控制系統(tǒng)如圖1所示.

控制系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，單片機(jī)接受現(xiàn)場(chǎng)控制信號(hào)，經(jīng)過(guò)處理，控制步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器去驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)工作，同時(shí)向顯示模塊發(fā)出觸發(fā)信號(hào)，顯示模塊顯示當(dāng)前步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速.電源模塊為各個(gè)模塊提供電能，通信模塊用于與PC機(jī)通信.本系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜.但是在使用中由于制鞋環(huán)境粉塵多、潮濕以及強(qiáng)電干擾，常常導(dǎo)致控制系統(tǒng)不穩(wěn)定，刷膠工藝滿(mǎn)足不了需求，因此提出一種基于S7-200 PLC對(duì)鞋子自動(dòng)刷膠系統(tǒng)的控制方案.

2 基于S7-200 PLC的鞋子自動(dòng)刷膠系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 CPU224XP PLC DC/DC/DC的特點(diǎn)

CPU224XP PLC( DC/DC/DC)是S7-200家族的一員，它需要直流24 V電源供電；直流輸入、直流輸出；共有14點(diǎn)輸入，10點(diǎn)輸出；且有兩點(diǎn)高速脈沖輸出端口分別為Q0.0和Q0.1.這款PLC身形小巧，功能齊全，輸入接口電路采用光隔，因此抗干擾能力強(qiáng)，性能穩(wěn)定，方便安裝與使用，而且PLC的脈沖輸出編程方便，控制穩(wěn)定，故選用這款PLC作為本控制系統(tǒng)的核心單元.

2.2 鞋子自動(dòng)刷膠機(jī)控制系統(tǒng)的組成

基于S7-200PLC的鞋子自動(dòng)刷膠機(jī)控制系統(tǒng)的組成如圖2所示.

本系統(tǒng)顯示模塊采用觸摸屏顯示[1]，步進(jìn)電機(jī)采用Microtep 17 HS101兩相混合式步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng).步距角為1.8°，輸出相電流為1.7 A驅(qū)動(dòng)電壓為直流24 V.步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器采用SH-2H042Ma型驅(qū)動(dòng)，SH-2H042Ma外形圖如圖3所示.

該步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的工作電流輸出為1.7 A，工作電壓為DC 24 V.驅(qū)動(dòng)器為2/4相混合型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，集硬件環(huán)形脈沖分配器與功率放大器與一體，在驅(qū)動(dòng)器上有一個(gè)4位的撥位開(kāi)關(guān)(位于圖3中右上角的小窗口中)SW1，SW2，SW3，SW4,通過(guò)設(shè)置SW1-4的位置(00，01，10)可以得到不同的步距角，分別對(duì)應(yīng)：0.9°，0.45°，0.225°.另外在驅(qū)動(dòng)器上還有1個(gè)10位接口的接線(xiàn)端口排(位于圖3中左上角的端子排)，分別用于與可編程控制器和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)連接[2].

圖2 S7?200PLC控制的鞋子自動(dòng)刷膠機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖圖3 SH?2H042Ma步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器外形圖

2.3 鞋子自動(dòng)刷膠機(jī)控制系統(tǒng)的原理圖

基于S7-200PLC改進(jìn)后的鞋子自動(dòng)刷膠機(jī)控制系統(tǒng)的電氣原理圖如圖4所示.

圖3 基于S7-200PLC改進(jìn)后的鞋子自動(dòng)刷膠機(jī)控制系統(tǒng)的電氣原理圖

這里Q0.0作為脈沖輸出端，控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行，Q0.2端口控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行方向.本系統(tǒng)根據(jù)刷膠需要設(shè)置步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器上的撥位開(kāi)關(guān)：SW1為0，SW2為1，SW3和SW4都為1的狀態(tài)，即每轉(zhuǎn)的細(xì)分步數(shù)為800步/轉(zhuǎn).在本系統(tǒng)裝置中，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)一圈帶滾輪轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，由于滾輪周長(zhǎng)是188.4 mm，所以每步滾輪移動(dòng)的距離為0 mm，假設(shè)鞋子底邊長(zhǎng)度為25 cm，則要設(shè)移動(dòng)250 mm的距離，需要的脈沖數(shù)為250/0.24≈1 042個(gè)脈沖.

圖5 改進(jìn)后的鞋子自動(dòng)刷膠機(jī)控制系統(tǒng)程序流程圖

S7-200PLC內(nèi)置兩個(gè)PTO/PWM發(fā)生器，它們的輸出點(diǎn)分別為Q0.0和Q0.1，平時(shí)Q0.0和Q0.1可以作為普通輸出使用，但作為PTO/PWM使用時(shí)，其他操作均失效.通常在啟動(dòng)PTO或PWM操作之前，用復(fù)位指令R將Q0.0或Q0.1清零[5].

2.4 改進(jìn)后的鞋子自動(dòng)刷膠機(jī)控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)[3]

改進(jìn)后的鞋子自動(dòng)刷膠機(jī)控制系統(tǒng)程序流程圖如圖5所示.

程序設(shè)計(jì)時(shí)考慮到刷膠不均勻時(shí)，可以補(bǔ)膠，因此設(shè)置單周期的工作方式，另外步進(jìn)電機(jī)脈沖輸出這里選擇PTO脈沖輸出，所以設(shè)置脈沖輸出發(fā)生器的控制字字節(jié)必須設(shè)置正確，否則步進(jìn)電機(jī)無(wú)法運(yùn)行[4].

依此流程圖編寫(xiě)程序并下載到PLC了，聯(lián)機(jī)調(diào)試，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，抗干擾能力得到了提高.

3 結(jié)論

本文主要介紹了基于S7-200 PLC 對(duì)一款鞋子自動(dòng)刷膠機(jī)控制系統(tǒng)的改進(jìn)設(shè)計(jì)方法，同時(shí)介紹SH-2H040Ma型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與S7-200CPU224XP可編程的連接方式，為工程實(shí)踐提供借鑒.改造后的系統(tǒng)用于環(huán)境較差的制鞋場(chǎng)地，系統(tǒng)的穩(wěn)定性及抗干擾能力得到了大大的提高，刷膠工藝也進(jìn)一步滿(mǎn)足生產(chǎn)的需求.