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【摘要】：介绍了一种注塑地板机自动上下料的控制装置。按照此装置的要求，提出了用PLC和变频器相结合的控制方案。阐述了控制系统的硬件和软件的设计，并进行了PLC编程和变频器的参数设置。整个装置从设计到投入生产表明：对这一非线性，速度要求变化的动作繁琐的控制系统，实行PLC 和变频相结合控制是很实用且有效的。
【关键词】：自动上下料；PLC；变频调速；设计
引 言
在地板的注塑生产线中，为了提高生产效率，降低工人的劳动强度，要求将生产线中的人工手动上下料更换成自动上下料的全自动生产线。该自动上下料的控制装置就是基于以上条件设计的，根据实际生产线的要求，该装置包括上料，运输，下料三个工序。
1.上下料装置结构和工作流程
该地板注塑生产线的上下料装置的结构示意简图如图1所示，装置的主要组成部分为：电机及减速装置，同步输送带，双向气缸，真空发生器，吸盘。在双向气缸的两端都安装磁性感应开关，用于判断气缸运动是否到位。吸盘用于抓取地板，吸盘内腔的负压（真空）是靠真空发生器产生的。
工作流程为： 接受注塑机注塑 结束信号 取成品地板 运输到卸料线下料 到上料线 取地板 运输到注塑机上料 给注塑启动信号
图1 上下料装置结构示意简图
1-电机和减速装置 2-同步带 3-双向气缸 4-真空发生器 5-吸盘
2.电气控制系统设计
由于注塑模具设计成梯形口，将毛坯地板放入注塑模具时，放置地板的定位误差可为±2mm， 一块地板的注塑时间为50分钟，因此上下料装置完成一系列动作的时间要小于50分钟，因此地板在运输途中，除了快速运行外，在接近模具时，为了更准确地将地板放入模具中需减速直至停止。对于要求变速的装置多采用双速电动机驱动，但其调速范围窄，变速时有级差，运行稳定性不好，且运行效率低。变频器能对三相异步电动机实现平滑的无极调速，改善运输的平稳性和提高生产效率。由于此装置中有一系列的吸放提降电机正转反转快速和慢速动作，动作繁琐，为了提高整个生产线的自动化，上下料的控制还需与注塑机互相通讯，因此采用PLC和变频器相结合来控制此上下料装置。
2.1. PLC选型和I/O接口配置
PLC为控制系统的核心部分，来自各到位的光电开关、气缸的磁感应开关、手动时各按钮信号、注塑机结束信号通过输入接口进入PLC内部，PLC进行逻辑编程处理，经过输出单元分别向变频器发出正反向的变速和停止信号控制输送带的正反向和快慢速、气缸的上下运动、吸盘的吸气和放气和注塑机开始信号。
PLC的选型：根据控制要求分析，PLC的输入信号有：注塑结束信号1个，变频器故障1个，自动/手动切换1个，手动按钮信号5个，到位信号8个，共16个开关量输入信号；输出信号有：电磁阀的控制信号3个，电机的正反转2个，快慢速2个，注塑机启动1个，共8个开关量输出信号，选用可控制功能强，可靠性高，输入点多的三菱可编程控制器：FX1N-40MR，24点直流输入，16点继电器输出，并向外提供24V直流电源，完全能满足控制要求。 PLC与注塑机的通讯输入输出通过中间继电器来实现隔离，继电器KA1用来接收注塑结束上下料装置启动信号，KA6用来输出上料结束注塑机启动的信号。PLC的I/O地址分配表如表1所示
表1 PLC的I/O地址分配表
名称用途 设备符号 I地址 名称用途 设备符号 O地址
手动/自动 SA1 X0 吸气 1V1 Y0
电机正转按钮 SB1 X1 气缸上升 2V1 Y1
电机反转按钮 SB2 X2 气缸下降 2V2 Y2
吸真空按钮 SB3 X3 电机正转 KA2 Y3
气缸上升按钮 SB4 X4 电机反转 KA3 Y4
气缸下降按钮 SB5 X5 电机速度 KA4 Y5
到模具位置开关 PHB1 X6 电机速度 KA5 Y6
到卸料位置开关 PHB2 X7 注塑启动 KA6 Y7
到上料位置开关 PHB3 X10
上升到位开关 PHB4 X11
下降到位开关 PHB5 X12
模具位置减速开关 PHB6 X14
上料位置减速开关 PHB7 X15
真空压力传感器 SP1 X16
注塑机结束信号 KA1 X17 变频器故障 KA7 X20
2.2 变频器控制和参数设置
本装置选择的变频器型号为：台达VFD015F-43，由图表1可知， KA2， KA3，KA4， KA5为PLC 的输出点接入的继电器，其各自的触点接入变频器，KA2，KA3控制电机的转向，KA4，KA5通过变频器控制电机的速度，由于篇幅问题，这里只介绍变频器与PLC控制输出速度和方向的连线。由变频器的多功能端子M0.M1.M3，M4，M5的控制图2所示，由M3.M4.M5组成的组合能控制7段速度，而本装置共有三段速度可控，按照图解，PLC控制M3.M4即可。因此PLC与变频器的主要接口接线示意图如图3所示。
当变频器硬件线路连接后，还需对变频器与此装置有关的参数进行合理正确的设置。参数设置关系要电机能否正常运行和整个装置性能的好坏，电机的运行速度是否能满足生产的需求。特别是放置地板的定位误差为±2mm，在设置P02时，不能设置其电机的停车方式为自由运转方式停车，需设置成减速刹车方式，且需设置减速时间参数P11.在设置减速频率时要注意既要满足生产的要求，又要避免造成电机因运转频率过低可能产生过热现象。因此，要仔细参照所选变频器的说明书和现场的调试情况来仔细设定。表2列举与本装置有关的几个重要参数的设置。这些参数经过一段时间的试运转，能满足生产需求。 图2 变频器多功能端子图
表2 变频器部分参数设置
参数码 参数功能 试验值 说明
P01 运转信号来源设定 01 运转信号由外部端字控制
P02 电机停车方式 00 以减速刹车方式停止
P10 第一加速时间选择 0.1 电机0HZ到P03频率所需的时间
P11 第一减速时间选择 0.1 电机从P03频率到0HZ所需的时间
P17 第一段频率设定 50 第一段速度的频率为50HZ
P18 第二段频率设定 30 第二段速度的频率为30HZ
P19 第三段频率设定 5 第三段速度的频率为5HZ
P36 输出频率上限设定 60 为了防止误操作，设定最高频率输出60HZ
P37 输出频率下线设定 0.1 为了防止误操作，设定最低频率输出0.1HZ
P38 多功能（M0.M2）功能 00 M0：正传/停止，M1：反转/停止
P39 多功能（M2）功能 05 复位指令
P40 多功能（M3）功能 06 多段速度指令
P41 多功能（M4）功能 07 多段速度指令
KA2 KA3 KA4 KA5 KA7
图3 PLC与变频器主要接口接线示意图
2.3 PLC程序
由于此装置的动作流程中有一系列的操作需要一环接着一环反复执行，因此程序结构选择步进式控制的指令，使得程序更加结构化，编程和调试更加快速简单。其结构流程如图4所示。
图4 PLC结构流程图
2.4安全保护装置
在传输带的两边分别安装了一个带有机械触点的行程开关，触点直接接在PLC控制电机正反转的输出端，以免光电开关失灵，快速有效地保护电机超行程，预防由于超行程造成电机堵转引起电流增大，损害变频器。
3.结束语
基于PLC和变频器控制原理，将PLC和变频器相结合起来对注塑地板自动上下料装置实施控制，能提升传输装置自动化水平，降低操作人员的劳动强度、提高生产效率、可靠性高、维修方便。
【参考文献】：
[1]胡宗岳. 现代交流调速技术 [M]. 北京：机械工业出版社，2005.
[2]张松涛，余凤豪.基于PLC的船用变频器载货电梯设计[J].电机与控制应用 2012，39（274），39-40.
[3]MITSUBISHI公司.FX1N系列可编程控制器使用手册[K].
【关键词】：自动上下料；PLC；变频调速；设计
引 言
在地板的注塑生产线中，为了提高生产效率，降低工人的劳动强度，要求将生产线中的人工手动上下料更换成自动上下料的全自动生产线。该自动上下料的控制装置就是基于以上条件设计的，根据实际生产线的要求，该装置包括上料，运输，下料三个工序。
1.上下料装置结构和工作流程
该地板注塑生产线的上下料装置的结构示意简图如图1所示，装置的主要组成部分为：电机及减速装置，同步输送带，双向气缸，真空发生器，吸盘。在双向气缸的两端都安装磁性感应开关，用于判断气缸运动是否到位。吸盘用于抓取地板，吸盘内腔的负压（真空）是靠真空发生器产生的。
工作流程为： 接受注塑机注塑 结束信号 取成品地板 运输到卸料线下料 到上料线 取地板 运输到注塑机上料 给注塑启动信号
图1 上下料装置结构示意简图
1-电机和减速装置 2-同步带 3-双向气缸 4-真空发生器 5-吸盘
2.电气控制系统设计
由于注塑模具设计成梯形口，将毛坯地板放入注塑模具时，放置地板的定位误差可为±2mm， 一块地板的注塑时间为50分钟，因此上下料装置完成一系列动作的时间要小于50分钟，因此地板在运输途中，除了快速运行外，在接近模具时，为了更准确地将地板放入模具中需减速直至停止。对于要求变速的装置多采用双速电动机驱动，但其调速范围窄，变速时有级差，运行稳定性不好，且运行效率低。变频器能对三相异步电动机实现平滑的无极调速，改善运输的平稳性和提高生产效率。由于此装置中有一系列的吸放提降电机正转反转快速和慢速动作，动作繁琐，为了提高整个生产线的自动化，上下料的控制还需与注塑机互相通讯，因此采用PLC和变频器相结合来控制此上下料装置。
2.1. PLC选型和I/O接口配置
PLC为控制系统的核心部分，来自各到位的光电开关、气缸的磁感应开关、手动时各按钮信号、注塑机结束信号通过输入接口进入PLC内部，PLC进行逻辑编程处理，经过输出单元分别向变频器发出正反向的变速和停止信号控制输送带的正反向和快慢速、气缸的上下运动、吸盘的吸气和放气和注塑机开始信号。
PLC的选型：根据控制要求分析，PLC的输入信号有：注塑结束信号1个，变频器故障1个，自动/手动切换1个，手动按钮信号5个，到位信号8个，共16个开关量输入信号；输出信号有：电磁阀的控制信号3个，电机的正反转2个，快慢速2个，注塑机启动1个，共8个开关量输出信号，选用可控制功能强，可靠性高，输入点多的三菱可编程控制器：FX1N-40MR，24点直流输入，16点继电器输出，并向外提供24V直流电源，完全能满足控制要求。 PLC与注塑机的通讯输入输出通过中间继电器来实现隔离，继电器KA1用来接收注塑结束上下料装置启动信号，KA6用来输出上料结束注塑机启动的信号。PLC的I/O地址分配表如表1所示
表1 PLC的I/O地址分配表
名称用途 设备符号 I地址 名称用途 设备符号 O地址
手动/自动 SA1 X0 吸气 1V1 Y0
电机正转按钮 SB1 X1 气缸上升 2V1 Y1
电机反转按钮 SB2 X2 气缸下降 2V2 Y2
吸真空按钮 SB3 X3 电机正转 KA2 Y3
气缸上升按钮 SB4 X4 电机反转 KA3 Y4
气缸下降按钮 SB5 X5 电机速度 KA4 Y5
到模具位置开关 PHB1 X6 电机速度 KA5 Y6
到卸料位置开关 PHB2 X7 注塑启动 KA6 Y7
到上料位置开关 PHB3 X10
上升到位开关 PHB4 X11
下降到位开关 PHB5 X12
模具位置减速开关 PHB6 X14
上料位置减速开关 PHB7 X15
真空压力传感器 SP1 X16
注塑机结束信号 KA1 X17 变频器故障 KA7 X20
2.2 变频器控制和参数设置
本装置选择的变频器型号为：台达VFD015F-43，由图表1可知， KA2， KA3，KA4， KA5为PLC 的输出点接入的继电器，其各自的触点接入变频器，KA2，KA3控制电机的转向，KA4，KA5通过变频器控制电机的速度，由于篇幅问题，这里只介绍变频器与PLC控制输出速度和方向的连线。由变频器的多功能端子M0.M1.M3，M4，M5的控制图2所示，由M3.M4.M5组成的组合能控制7段速度，而本装置共有三段速度可控，按照图解，PLC控制M3.M4即可。因此PLC与变频器的主要接口接线示意图如图3所示。
当变频器硬件线路连接后，还需对变频器与此装置有关的参数进行合理正确的设置。参数设置关系要电机能否正常运行和整个装置性能的好坏，电机的运行速度是否能满足生产的需求。特别是放置地板的定位误差为±2mm，在设置P02时，不能设置其电机的停车方式为自由运转方式停车，需设置成减速刹车方式，且需设置减速时间参数P11.在设置减速频率时要注意既要满足生产的要求，又要避免造成电机因运转频率过低可能产生过热现象。因此，要仔细参照所选变频器的说明书和现场的调试情况来仔细设定。表2列举与本装置有关的几个重要参数的设置。这些参数经过一段时间的试运转，能满足生产需求。 图2 变频器多功能端子图
表2 变频器部分参数设置
参数码 参数功能 试验值 说明
P01 运转信号来源设定 01 运转信号由外部端字控制
P02 电机停车方式 00 以减速刹车方式停止
P10 第一加速时间选择 0.1 电机0HZ到P03频率所需的时间
P11 第一减速时间选择 0.1 电机从P03频率到0HZ所需的时间
P17 第一段频率设定 50 第一段速度的频率为50HZ
P18 第二段频率设定 30 第二段速度的频率为30HZ
P19 第三段频率设定 5 第三段速度的频率为5HZ
P36 输出频率上限设定 60 为了防止误操作，设定最高频率输出60HZ
P37 输出频率下线设定 0.1 为了防止误操作，设定最低频率输出0.1HZ
P38 多功能（M0.M2）功能 00 M0：正传/停止，M1：反转/停止
P39 多功能（M2）功能 05 复位指令
P40 多功能（M3）功能 06 多段速度指令
P41 多功能（M4）功能 07 多段速度指令
KA2 KA3 KA4 KA5 KA7
图3 PLC与变频器主要接口接线示意图
2.3 PLC程序
由于此装置的动作流程中有一系列的操作需要一环接着一环反复执行，因此程序结构选择步进式控制的指令，使得程序更加结构化，编程和调试更加快速简单。其结构流程如图4所示。
图4 PLC结构流程图
2.4安全保护装置
在传输带的两边分别安装了一个带有机械触点的行程开关，触点直接接在PLC控制电机正反转的输出端，以免光电开关失灵，快速有效地保护电机超行程，预防由于超行程造成电机堵转引起电流增大，损害变频器。
3.结束语
基于PLC和变频器控制原理，将PLC和变频器相结合起来对注塑地板自动上下料装置实施控制，能提升传输装置自动化水平，降低操作人员的劳动强度、提高生产效率、可靠性高、维修方便。
【参考文献】：
[1]胡宗岳. 现代交流调速技术 [M]. 北京：机械工业出版社，2005.
[2]张松涛，余凤豪.基于PLC的船用变频器载货电梯设计[J].电机与控制应用 2012，39（274），39-40.
[3]MITSUBISHI公司.FX1N系列可编程控制器使用手册[K].