摘要：利用三菱PLC與威綸觸摸屏，對(duì)某企業(yè)的步磚生產(chǎn)設(shè)備全自動(dòng)砌塊成型機(jī)進(jìn)行了升級(jí)改造，更新了PLC控制器并還原原有工序，根據(jù)企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)需求，進(jìn)一步開(kāi)發(fā)了新功能，改進(jìn)了人機(jī)界面，使設(shè)備的控制系統(tǒng)應(yīng)用更加靈活，人機(jī)交互更加友好，大大提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞：全自動(dòng)砌塊成型機(jī);三菱PLC;威綸觸摸屏;程序設(shè)計(jì)

0 引言

本文項(xiàng)目是對(duì)某企業(yè)的核心設(shè)備全自動(dòng)砌塊成型機(jī)進(jìn)行改造升級(jí)，筆者通過(guò)對(duì)該設(shè)備的實(shí)地考察研究，最終確定了如下改造升級(jí)方案：首先，更新PLC，把原來(lái)極易出錯(cuò)的PLC控制器更換成質(zhì)量較好的三菱PLC，并對(duì)原有工序進(jìn)行還原。然后，更新人機(jī)界面，把原有的鍵盤(pán)式操作的黑白顯示器更換為7寸威綸觸摸屏，使人機(jī)交互更加友好。最后，在原有工序基礎(chǔ)上，根據(jù)企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)需要，開(kāi)發(fā)新功能，一方面使系統(tǒng)操作更加簡(jiǎn)便，另一方面大大提高企業(yè)生產(chǎn)效率。

1 設(shè)備簡(jiǎn)介

某構(gòu)件廠是一家專門生產(chǎn)步磚的企業(yè)，曾與當(dāng)?shù)厥姓ㄔO(shè)公司保持長(zhǎng)期合作關(guān)系。該企業(yè)其中一臺(tái)大型設(shè)備是由某磚機(jī)設(shè)備有限公司生產(chǎn)的全自動(dòng)砌塊成型機(jī)，該設(shè)備主要用于完成對(duì)步磚的生產(chǎn)、加工、壓制成型、入庫(kù)等一系列工序。

該全自動(dòng)砌塊成型機(jī)制作精良，適合生產(chǎn)高強(qiáng)度砌塊，配套不同模具可生產(chǎn)出各種規(guī)格、形狀的砌塊，成型周期短，生產(chǎn)效率高，采用電、液一體化結(jié)合技術(shù)，程序互鎖，安全可靠，成型產(chǎn)品穩(wěn)定性高，廢品率低。與國(guó)外同類設(shè)備相比，在產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)能力、自動(dòng)化程度相當(dāng)?shù)那闆r下，該設(shè)備價(jià)格不及國(guó)外同類設(shè)備的1/10，是企業(yè)理想的制磚設(shè)備。

2 設(shè)備存在的問(wèn)題

該全自動(dòng)砌塊成型機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行于灰塵較多的環(huán)境下，長(zhǎng)時(shí)間高負(fù)荷運(yùn)行，有時(shí)甚至24 h不停機(jī)連續(xù)運(yùn)行，出現(xiàn)了以下幾個(gè)問(wèn)題亟待解決：

2.1? ? 原有PLC運(yùn)行穩(wěn)定性不佳

該設(shè)備由1臺(tái)PLC控制整個(gè)加工環(huán)節(jié)的機(jī)械部件動(dòng)作。原有PLC價(jià)格便宜，常用于一般小系統(tǒng)的控制，編程簡(jiǎn)單，存在一些顯著缺點(diǎn)，如運(yùn)行較為不穩(wěn)定，抗干擾能力差，特別是運(yùn)行于較惡劣的環(huán)境中，其運(yùn)行穩(wěn)定性受到較大影響。在1年時(shí)間內(nèi)，該P(yáng)LC已出現(xiàn)2次故障。每次出現(xiàn)故障后，整臺(tái)設(shè)備不能正常運(yùn)行，步磚生產(chǎn)處于半癱瘓狀態(tài)，嚴(yán)重影響企業(yè)生產(chǎn)效率。

2.2? ? 設(shè)備生產(chǎn)廠家的設(shè)備維護(hù)工作較為滯后

該設(shè)備的PLC出現(xiàn)問(wèn)題后，構(gòu)件廠沒(méi)有相應(yīng)技術(shù)人員可解決相關(guān)問(wèn)題，故需聯(lián)系設(shè)備生產(chǎn)廠家相關(guān)技術(shù)人員到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行維護(hù)。從設(shè)備生產(chǎn)廠家開(kāi)始著手安排技術(shù)人員，到相關(guān)技術(shù)人員到達(dá)企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，這一過(guò)程往往需要幾天甚至十幾天的時(shí)間。在設(shè)備維護(hù)時(shí)間上存在相當(dāng)嚴(yán)重的滯后性，嚴(yán)重影響了企業(yè)的正常生產(chǎn)。

2.3? ? 設(shè)備維護(hù)成本較高

由設(shè)備廠家指派相關(guān)技術(shù)人員到現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)設(shè)備，企業(yè)就必須承擔(dān)該技術(shù)人員的一切出行費(fèi)用、維護(hù)費(fèi)用等，這也從某種程度上增加了企業(yè)生產(chǎn)成本。

3 解決方案

該企業(yè)針對(duì)全自動(dòng)砌塊成型機(jī)出現(xiàn)的以上問(wèn)題，積極尋求解決方案。

3.1? ? 在企業(yè)所在地積極尋求相關(guān)技術(shù)人才

該企業(yè)一名負(fù)責(zé)人聯(lián)系筆者，筆者隨該名負(fù)責(zé)人到企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)認(rèn)真分析了該設(shè)備所需完成的一系列工序及出現(xiàn)的問(wèn)題。

3.2? ? 更換穩(wěn)定性較好的PLC對(duì)設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行控制

原有PLC穩(wěn)定性不佳，此次設(shè)備出現(xiàn)的主要問(wèn)題是原設(shè)備自帶的PLC再次出現(xiàn)故障，無(wú)法輸出控制信號(hào)，導(dǎo)致整臺(tái)設(shè)備癱瘓。經(jīng)過(guò)協(xié)商決定，筆者把設(shè)備原來(lái)自帶的PLC更換為穩(wěn)定性較好的三菱PLC。

4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與設(shè)備調(diào)試

4.1? ? 三菱PLC選型

該全自動(dòng)砌塊成型機(jī)由于更換了PLC，需重新設(shè)計(jì)程序，還原該設(shè)備原有的正常工序。此外，該設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)了幾個(gè)功能缺陷，對(duì)此，筆者根據(jù)企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)需求，提出了幾個(gè)優(yōu)化功能，在設(shè)計(jì)程序時(shí)一并進(jìn)行功能改造，這是本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)的亮點(diǎn)。

首先，分析該設(shè)備的輸入輸出信號(hào)，得出PLC的I/O分配情況，其中PLC輸入信號(hào)包括：（1）傳感器信號(hào)，如表1所示。（2）總控信號(hào)，如表2所示。（3）手動(dòng)控制信號(hào)（自復(fù)位按鍵），如表3所示。

PLC輸出信號(hào)如表4所示。

其次，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求及I/O分配情況，確定三菱PLC的具體型號(hào)。

PLC平均的I/O點(diǎn)的價(jià)格相對(duì)還是較高的，因此應(yīng)該合理選用PLC的I/O點(diǎn)數(shù)量，在滿足控制要求的前提下，盡量減少使用的I/O點(diǎn)數(shù)，但必須留有一定裕量。通常I/O點(diǎn)數(shù)根據(jù)被控對(duì)象的輸入、輸出信號(hào)的實(shí)際需要，在此基礎(chǔ)上再加10%～15%的裕量來(lái)確定。

根據(jù)PLC的I/O分配情況可知，輸入信號(hào)共占23個(gè)點(diǎn)，輸出信號(hào)共占13個(gè)點(diǎn)，再加上約15%的裕量，綜合考慮，本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)選用三菱FX2N-48MR型號(hào)的PLC，其有24個(gè)輸入點(diǎn)、24個(gè)輸出點(diǎn)，完全滿足本次設(shè)計(jì)需求。

三菱FX2N-48MR PLC具有以下優(yōu)點(diǎn)：可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，編程簡(jiǎn)單，使用方便，功能完善，通用性強(qiáng)，設(shè)計(jì)安裝簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，體積小，質(zhì)量輕，能耗低。

4.2? ? 工藝、功能分析

砌磚生產(chǎn)線工藝主要包括配料系統(tǒng)、攪拌振動(dòng)系統(tǒng)、布料系統(tǒng)、成型系統(tǒng)、脫模系統(tǒng)、出坯系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)等。

（1）配料系統(tǒng)。砌磚生產(chǎn)通過(guò)皮帶輸送系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)供料，經(jīng)預(yù)混后的物料將直接進(jìn)入攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌。

（2）攪拌振動(dòng)系統(tǒng)。物料先后進(jìn)入攪拌機(jī)倉(cāng)體后，將被再次強(qiáng)制混合攪拌，直至攪拌出合格的物料，再通過(guò)輸送系統(tǒng)送入成型機(jī)儲(chǔ)料系統(tǒng)備用。

（3）布料系統(tǒng)。儲(chǔ)存在成型機(jī)儲(chǔ)料斗中的物料通過(guò)設(shè)定，物料自動(dòng)進(jìn)入基料布料箱體中，并在由電動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的強(qiáng)制旋轉(zhuǎn)式耙齒的離心加速作用下，強(qiáng)制、快速、順暢地進(jìn)入狹窄的模箱中，為生產(chǎn)高強(qiáng)度免燒磚制品提供充足物料。

（4）成型系統(tǒng)。成型系統(tǒng)是整條免燒磚生產(chǎn)線的核心部位，特制的振動(dòng)系統(tǒng)及柔性控制系統(tǒng)是該系統(tǒng)的重要組成部分。

（5）脫模系統(tǒng)。優(yōu)良的液壓調(diào)速系統(tǒng)和相關(guān)的液壓平衡與鎖止回路系統(tǒng)，保證了液壓執(zhí)行元件起止無(wú)沖擊、運(yùn)行平穩(wěn)，確保脫模過(guò)程平穩(wěn)順暢，解決了普通砌塊成型機(jī)脫模時(shí)，易對(duì)新鮮坯體造成外觀損壞的問(wèn)題。

（6）出坯系統(tǒng)。成型脫模后的坯體，經(jīng)過(guò)電動(dòng)減速機(jī)驅(qū)動(dòng)鏈條，由鏈條帶動(dòng)托板把成型后的坯體依次送出，再由人工裝箱。

（7）液壓系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)主要由液壓站上的控制功能閥體、供油/回油系統(tǒng)、油路冷卻系統(tǒng)等構(gòu)成。各控制功能閥體結(jié)構(gòu)緊湊、連接方便，液壓站與執(zhí)行元件通過(guò)軟管連接，保證執(zhí)行元件起止無(wú)沖擊、平穩(wěn)運(yùn)行。

（8）電氣控制系統(tǒng)。電氣控制系統(tǒng)由中央控制系統(tǒng)、控制開(kāi)關(guān)以及分散在生產(chǎn)線各部位的傳感器和執(zhí)行元件等共同組成。中央控制系統(tǒng)是整條生產(chǎn)線的神經(jīng)中樞，是各種指令信號(hào)、信息數(shù)據(jù)的發(fā)出和處理終端。

4.3? ? PLC程序設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)分為自動(dòng)運(yùn)行和手動(dòng)運(yùn)行兩種工作模式，在手動(dòng)運(yùn)行模式下，可完成以下控制功能：（1）送板。在模框升到位，未有預(yù)送板時(shí)，可進(jìn)行送板動(dòng)作，同時(shí)復(fù)位預(yù)送板信號(hào)。（2）預(yù)送板。預(yù)送板到位時(shí)，發(fā)出信號(hào)，暫時(shí)不可送板。（3）模框上升、?？蛳陆怠⒌琢虾笸?、壓頭上升，均帶限位保護(hù)。另外，除實(shí)體可控按鍵外，還各自帶觸摸屏按鈕，用于點(diǎn)動(dòng)控制。（4）底料前進(jìn)。在壓頭升到位的條件下可執(zhí)行該操作，帶限位保護(hù)，帶觸摸屏按鈕。（5）壓頭下降。在面料退到位、底料退到位的條件下可執(zhí)行該操作，帶限位保護(hù)。（6）面料前進(jìn)。在壓頭升到位的條件下可執(zhí)行該操作，帶限位保護(hù)。（7）面料后退。帶限位保護(hù)。（8）振動(dòng)、耙料。點(diǎn)動(dòng)控制相應(yīng)功能電機(jī)。

系統(tǒng)在自動(dòng)運(yùn)行模式下，根據(jù)企業(yè)要求，新增了設(shè)備出廠時(shí)2個(gè)不具有的功能，也是本次系統(tǒng)升級(jí)改造的2個(gè)亮點(diǎn)。

亮點(diǎn)1：由原來(lái)的不可選單一送料模式升級(jí)為可選的兩種送料模式，使企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品在原料上更加多樣化。在觸摸屏上實(shí)現(xiàn)送料模式切換，節(jié)省了元器件成本。

亮點(diǎn)2：增加生產(chǎn)產(chǎn)品自動(dòng)計(jì)數(shù)顯示功能，并配套復(fù)位按鍵，均由觸摸屏實(shí)現(xiàn)顯示功能和復(fù)位功能，免去以前由人工清點(diǎn)產(chǎn)品數(shù)量的麻煩。

系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行模式的工序流程圖如圖1所示。

本系統(tǒng)設(shè)備各部件均采用液壓驅(qū)動(dòng)，且自重較重，需用專用液壓電磁閥進(jìn)行專門加壓，進(jìn)油和回油均備有加壓程序。此外，圖1中的亮點(diǎn)2實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)計(jì)算成品數(shù)量的功能，在觸摸屏上配套了一個(gè)復(fù)位按鍵，當(dāng)重新生產(chǎn)新訂單時(shí)，可重新對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行計(jì)數(shù)。

4.4? ? 觸摸屏界面設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)選用威綸TK6070iP型7寸觸摸屏，代替原有的按鍵式操作的黑白顯示器，使人機(jī)交互更加友好，操作更加方便，功能更加強(qiáng)大，這也是此次系統(tǒng)改造的另一亮點(diǎn)。

5 結(jié)語(yǔ)

該全自動(dòng)砌塊成型機(jī)經(jīng)過(guò)多次調(diào)試，系統(tǒng)最終順利應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，不僅在還原原有工序的基礎(chǔ)上更新了PLC控制器，把原來(lái)較為落后的鍵盤(pán)式黑白顯示器升級(jí)為人機(jī)交互友好的彩色觸摸屏，而且在原有工序基礎(chǔ)上，按照企業(yè)生產(chǎn)要求和實(shí)際情況，增添了幾項(xiàng)新的功能，大大提高了企業(yè)生產(chǎn)效率，為企業(yè)創(chuàng)造了收益，很好地把創(chuàng)造力轉(zhuǎn)化為了生產(chǎn)力。

收稿日期：2020-07-31

作者簡(jiǎn)介：李斯婷（1986—），女，廣東梅州人，講師，研究方向：電氣工程。