基于PLC的风机叶片主梁玻纤布自动铺放控制系统

2021年43卷第1期第34页
Vol.43,No.l
2021,43(1):34-36电气传动自动化
ELECTRIC DRIVE AUTOMATION
文章编号：1005—7277(2021)01—0034—03
基于PLC的风机叶片主梁玻纤布自动铺放控制系统
徐长春，郑楠，王逸尘
（江苏海洋大学，江苏连云港222005）
摘要：针对风电叶片生产中人工铺设主梁玻纤布的效率低、质量稳定性差、工人劳动强度大等问题,设计了一种基于PLC和触摸屏控制的叶片主梁玻纤布自动铺放控制系统。

该设备可以满足叶片主梁玻纤布按设计速度、张力铺放，并能适应模具型面形状的变化。

铺放装置可通过手动、自动方式来实现玻纤布的铺放要求，并实现玻纤布铺放的长度控制和自动切割,以及铺放过程的自动赶压功能。

关键词：风电叶片；PLC触摸屏；控制系统
中图分类号：TM614文献标识码：A
Design of Control System of Automatic Laying Glass Fabric on Blade
Main Spar Based on PLC
XU Chang-chun D ZHENG Na&,WANG Yi-chen
(Jiangsu Ocean University d Lianyungang222005,China)
Abstract:A control system based on PLC and HMI to lay glass fabric on the main spar is proposed in this paper, which can overcome the problems of low efficiency,poor quality stability,and high labor intensity of workers in the production by manually laying down lass fabric.The equipment laying glass fabric with this system can move according to the blade mould shape and designed velocity and control tension.Meanwhile,the control of laying length direction,automatic cutting of glass fiber cloth and automatic pressing can be realized in the laying process by setting manual or automatic control method.
Key words:wind turbine blade;PLC; HMI;control system
1设计要求
1.1工作要求
自动铺放设备主体主要是自动铺放小车,铺放小车可按设定长度铺放，根据不同产品型号调用铺层数据，且工艺数据的调用和参数输入具有密码保护。

小车运行可根据设定速度和长度的自动运行，自动运行中可以手动停止换卷后再启动自动运行，同时具有手动运行功能。

在主梁开始铺设时，可，后续无需。

一层大梁布铺设完成后，小车停止，系统自动入下层铺设数据，按
号小车运行层铺设，开铺设按键发岀开始铺设信号时再开始自动运行。

小车运行速度可通过触摸屏设定且运行过程中速度不可调节。

铺放小车按起始点和停止点启动和停止。

1.2控制要求
本设备的控制系统主要由触摸屏、PLC、伺服控制系统、检测机构和开关量器件组成，系统控制原理如图1所示：
图1
设备控制原理
2021年第1期徐长春，郑楠，王逸尘 基于PLC 的风机叶片主梁玻纤布自动铺放控制系统•35-
上位机采用触摸屏和嵌入式组态软件，可以 实现操作人员与设备的人机交互，同时可以将
PLC 反馈的状态信息直观显示出来。

下位机PLC
是控制系统的核心，向上位机触摸屏反馈系统状
态信息，接收上位机、传感器等各方的信息，经运
算和逻辑判断后，向伺服驱动器发送控制信号，通 过伺服电机的转动带动铺放小车的运动，实现主 梁玻纤布的自动铺放。

2硬件设计
根据设备的功能需求，控制系统硬件主要包
是作 控制系统的核心， 行通
信、数据采集、逻辑判断、数据反馈等任务的PLC 控制器;二是驱动运动平台的电机及其驱动器。

2.1电机的选择
自动铺放小车作为设备的运动平台，只需要 一个电机就能实现小车的往复运动。

由于自动铺
放小车的 控制
， 的 ，因此采用伺服电机控制。

伺服电机配有伺服驱动
器，采用带编码器的半闭环控制，可以实现很高的 位置和速度精度。

伺服驱动器工作在位置模式下, PLC 向驱动器发送方向信号和脉冲信号，来控制电
机的 反转和电机的转 ， 以 来实现铺放小车
的往复运动和速度调节。

2.2 PLC 的选型及I/O 口分配
根据控制功能的需求，输入输出点的个数以及
， 设 ， 用 触摸
屏,故需要15点开关量输入,11点开关量输出。

因
此选择了三菱FX3U-32MR 型号的PLC ⑸。

此PLC 性能较好，能很好地满足控制要求。

PLC 具体的
输入输出接线如图2所示。

3程序设计
设备的 设 可以 ， 是 PLC
的设备控制 设 ， 二是上位机触摸屏 的
人机界面设计。

3.1设备控制程序
设备控制 运行 PLC ， 控制 伺服电 机和传感器，
通信接 和控制 ，实
现铺放小车的自动铺放。

控制程序主流程如图3所示，系统上电后，程
系统自 ， 系统自 铺
布系统 动， 系统自
系统
行停机操作。

铺布系统动后，
动自
左限位原点左限位
Z
相输出
B 相输出A 相输出启动按钮
定
位
结束输
出
伺服报警输出复位按钮
停
止按钮
前进按钮
急停按钮
后退按钮
伺服准备输出
L13 L23 PE
图2 I/O 接线图
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 L N ◎ S/S OV 24V X00 X01 X0
2 X0
3 X0
4 X0
5 X0
6 X0
7 X10 X11 X12 X13 X14 X15 X16 X17
输入
FX3U-32MR
输出
com1 Y00 Y01 Y02 Y03 com2 Y04 Y05 Y06 Y07 com3 Y10 Y11 Y12 Y13 com4 Y14 Y15 Y16 Y17
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 B ON
禁沛
正反A
止
向向零岀
谕
谕
动模式，当操作人员需要对自
动铺布系统进行测试时，可以
选择手动模式来进行伺服点
动调试。

如果未选择手动模 式，系统会默认 自动
式,PLC 将读取触摸屏上写入
好的参数信号，通过RS-485
与伺服电机进行通讯，同时伺
服驱动器在定位过程中会实
时读取编码器测量的位置信 号,PLC 再通过高速计数模块
进行计数，得到位控制信 号，实现铺布小车的精确运
动。

铺布小车进入正常工作模
式后,PLC
内部计数器会自动
•36-电气传动自动化2021年第1期
图3控制系统流程图
计算铺布层数，当铺布层数达到人机界面设定的指定层数后,铺布系统会自动停机，即整个铺布工序结束。

如果系统某个部分在工作模式下发生故障,系统会自动紧急停机,这样可以避免安全事故的发生。

3.2人机界面设计
控制软件运行在上位机上,本设备上位机选用的是MT8070IE型号触摸屏，使用EasyBuilder Pro编程软件进行编程，设计操作人员与设备之间的人机交互界面。

根据控制程序提供的指令，设定五个主要界面,分是工作模式动模式工数设系统参数配置和历史参数查询。

人机交互界面如图4所示，当前处于工作模式，操作界面左侧区域是主界面跳转区，可以实现五个的，间部分是工作式
区，当设备处于工作模式，各指PLC 号控制，操作人员可以指的
观察设备状态，右侧区域是设备的操作区，可以控制玻纤布自动铺放小车的启动、停止、复位、前进以及后退。

图4人机交互界面图
4结束语
本于PLC控制的
纤布自动铺放设备，利用PLC、触摸屏和伺服控制系统，实现了叶片主梁玻纤布的自动铺放。

该设备用，统人工铺，
片制造工艺，提高了风机叶片的加工质量。

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作者简介：
徐长春(1998-),男，江苏兴化人，研究生在读，研究方向：自动化控制、机电一体化。

郑楠(1996-),男，江苏宿迁人，研究生在读，研究方向：自动化控制、机电一体化。

王逸尘(2001-)，女，江苏泰州人，本科在读，研究方向：计算机软件及计算机应用。

收稿日期：
2020-10-12。