基于PLC和触摸屏的全自动金属夹芯复合板生产线

控制柜， ＰＬＣ、触 摸 屏 及 同 步 控 制 器 均 安
＊ 来稿日期： ２００６－ １１－ ２６
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王 丰等： 基于 ＰＬＣ 和触摸屏的全自动金属夹芯复合板生产线
第８期
装在主机控制柜中， 主机变频器、切割变频器及压型变频器分别 安装在相应的控制柜中。主机的操作如主机架调整、输送架调
Ｋｆ１—同步控制器第二单元的反馈比例系数， 由功能码 Ｆ２６ 设定。
关键词： 轮式移动机器人； 路径设计； 路径跟踪控制 【Ａｂｓｔｒ ａｃｔ】Ｉｔ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｐａｔｈ ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ ａｎｄ ｔｒａｃｋｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ， Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｐａｔｈ ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ ｉｓ ｍａｋｅ ｒｏｂｏｔ ａｃｔｕａｌｉｚｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｕｎｔｅｒｇｕａｒｄ ｂｙ ｐｒｅａｒｒａｎｇｉｎｇ ｔｒａｃｋ ｗｈｅｎ ｒｏｂｏｔ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｒｏａｄｂｌｏｃｋ，Ａｎｄ ｔｈｅ ｔｒａｃｋｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｐａｔｈ ｉｓ ｔｏ ｒｅｄｕｃｅ ｗｉｎｄａｇｅ ｂｙ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｍｏｔｏｒ ａｆｔｅｒ ｗｉｎｄａｇｅ ｏｆ ｔｒａｃｋ ｔａｒｇｅｔ ｖａｌｕｅ ａｎｄ ｎｏｎｃｅ ｐｏｓｅ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｗｏｒｋｅｄ ｏｕｔ．Ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｉｍｅ ｖａｌｉｄａｔｅｄ ｉｔｓ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｒａｔｉｏｎａｌｉｔｙ ｂｙ ＭＡＴＬＡＢ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ：Ｗｈｅｅｌｅｄ ｍｏｄｅｌ ｍｏｖｅｄ ｒ ｏｂｏｔ ； Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｐａｔｈ ｐｒ ｏｇｒ ａｍｍｉｎｇ； Ｔｒ ａｃｋｉｎｇ ｃｏｎｔｒ ｏｌ ｏｆ ｐａｔｈ
Ｐ ａ ｔｈ ｐｒｏｇｒａ ｍｍｉｎｇ ａ ｎｄ ｔｒａ ｃｋｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｗｈｅ ｅ ｌｅ ｄ ｍｏｄｅ ｌ ｍｏｖｅ ｄ ｒｏｂｏｔ
ＮＡＮ Ｊｉｎｇ－ ｆｕ， ＬＩＵ Ｙａｎ－ ｂｉｎ， ＮＩＵ Ｇｕａｎｇ－ ｌｉｎ （Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｌｌｅｇｅ， Ｈａｒｂｉｎ １５００２７， Ｃｈｉｎａ）
３ 切割机工作方式控制
切割机共有三种工作方式， 即手动、半自动和自动工作方式 （ 见图 ４） ， 工作方式的设置可由触摸屏或切割机控制柜上的工 作方式选择开关完成。在这三种工作方式下， 切割机组的工作过 程基本相同， 其中最主要的区别在于切割启动信号的来源不同。
运行。同步控制器与变频器之间的连接， 如图 ２ 所示。图中的
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【摘要】介绍了路径规划的设计及路径跟踪控制设计。路径规划设计是当机器人感应到障碍物 后， 采用预定轨迹来实现避障功能， 而路径跟踪控制则通过计算出轨迹目标值和现时位姿的偏差， 控制电机来使偏差减小。并通过 Ｍａｔｌａｂ 仿真， 验证了其可行性与合理性。
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第８期 ２００７ 年 ８ 月
机械设计与制造 Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｄｅｓｉｇｎ ＆ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ
文章编号： １００１－ ３９９７（ ２００７） ０８－ ０１３１－ ０３
轮式移动机器人的Fra Baidu bibliotek径规划和跟踪控制
－ １３１－
南景富 刘延斌 牛广林 （黑龙江科技学院， 哈尔滨 １５００２７）
式确定：
Ｖ０１ ＝ＶＩ１·Ｋｉ１
（ １）
Ｖ０２ ＝Ｖ０１·Ｋｉ２＋Ｖｆ ２·Ｋｆ ２
（ ２）
式中： Ｋｉ１—同步控制器第一单元输出的比例系数， 由功能码 Ｆ１７
设定；
Ｋｉ１—同步控制器第二单元输出的比例系数， 由功能码 Ｆ１８
设定；
图 ４ 全自动复合板生产线切割机组 ＰＬＣ 控制框图
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９ Ｉ１．０ 上钢皮切割停止限位开关 ９ Ｑ１．０ １０ Ｉ１．１ 下钢皮切割返回限位开关 １０ Ｑ１．１
输送架升 输送架降
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压型机、复合主机、成品切割机等成套设备组成如图 １ 所示。其 中， 钢板放卷机用于放送彩钢钢卷， 其自身不具备动力， 放卷的
２０ Ｉ２．３ ２１ Ｉ２．４
上割刀开始动作 下割刀开始动作
３９ Ｑ４．６
压型机降速
４０ Ｑ４．７ 压型机变频器故障报警
采用 ＴＰ２７０ 触摸屏实现操作指 令 的 输 入 及 对 生 产 状 况 的 监 控 。
在生产过程中， 要求复合主机与切割机的运行速度在一定
整 个 系 统 的 输 入 输 出 点 数 为 ４０ＤＩ／４２ＤＯ， 因 此 选 用 ＳＩＭＡＴＩＣ 范围内可调， 而且瓦楞压型机的速度应与主机的速度相互协调，
夹芯板， 这种板材是将高强度彩色钢板复合 在 ＥＰＳ 内 芯 材 料 的 和 ４ 个 ＥＭ２２２ 数字量输出模块。ＰＬＣ Ｉ／Ｏ 地址分配如表 １ 所示。
外层， 具有保温、隔热、质 轻 、施 工 便 捷 等 优 点 ， 已 广 泛 用 于 工 业 表 １ 全自动金属夹芯复合板生产线 Ｐ ＬＣ 控制 Ｉ／Ｏ 地址分配
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第８期 ２００７ 年 ８ 月
机械设计与制造 Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｄｅｓｉｇｎ ＆ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ
－ １２９－
文章编号： １００１－ ３９９７（ ２００７） ０８－ ０１２９－ ０２
基于 ＰＬＣ 和触摸屏的全自动金属夹芯复合板生产线
２０ Ｑ２．３ 上割刀电动机运行显示 ２１ Ｑ２．４ 下割刀电动机运行显示
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动力来自于主机或压型机， 因此钢板放卷机不参与生产线的自 动控制。
复 合 板 生 产 线 的 自 动 控 制 由 西 门 子 Ｓ７－ ２００ ＰＬＣ 完 成 ， 并
３９ Ｉ４．６ ４０ Ｉ４．７
压型机降速开关 压型机变频器故障
１ＶＶＶＦ１ 和 １ＶＶＶＦ２ 分别为主机变频器和瓦楞压型机变频器。
图 ２ ＳＣＤ 同步控制器与复合机组变频器之间的连接 将 主 机 变 频 器 和 压 型 机 变 频 器 的 参 数 均 设 置 为 Ｐｒ．００ ＝ ｄ０００１， 这样， 通过同步控制器上的电位器 Ｒ 就 可 以 实 现 主 机 和 压型机运行速度的同步调节。 为了避免主机和压型机之间存在速度差异， 在位于主机和 压型机之间的封边机的机架上安装一个限位开关， 并将限位开 关 的 接 点 接 在 同 步 控 制 器 的 反 馈 信 号 输 入 端 ２７ 和－ ５Ｖ 反 馈 电 源端 ４８ 之间， 以便在主机和压型机的速度不同步时实现自动补 偿。如图 ３ 所示。
整 、匀 胶 泵 开／关 等 均 在 触 摸 屏 上 完 成 ， 而 切 割 机 和 压 型 机 的 操
当压型机的运行速度高于主机的复合速度时， 下钢板将呈
作 如 上 、下 割 刀 启／停 、压 紧 电 磁 阀 得／断 电 、压 型 机 启／停 等 既 可 以在触摸屏上完成， 也可以通过各自控制柜上的手动按钮完成。
厂 房 、仓 库 、大 跨 度 屋 面 、简 易 活 动 房 屋 等 工 业 和 民 用 建 筑 中 。
１ 复合板生产线的组成
金属夹芯复合板的生产流程为： 经压槽／开槽、滴胶、匀胶后 的上、下彩钢板及 ＥＰＳ 芯材一起输送至复合主 机 进 行 复 合 ； 当
序号 Ｉ／Ｏ 地址
地址描述
序号 Ｉ／Ｏ 地址
因 此 采 用 台 达 ＶＦＤ－ Ａ 系 列 变 频 器 及 中
达－ 斯 米 克 ＳＣＤ 系 列 数 字 式 同 步 控 制 器
实现速度调节。
由 于 整 个 生 产 线 长 达 ４０ 余 米 ， 如 果
仅设一个控制柜将给操作带来诸多不
便， 因此生产线共配备三个控制柜， 即复
合主机控制柜、切割机控制柜和压型机
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中图分类号： ＴＨ６ 文献标识码： Ａ
金属夹芯复合板生 产 线 用 来 生 产 新 型 建 筑 材 料－ 金 属 隔 热 Ｓ７－ ２００ 系列中的 ＣＰＵ２２６， 并扩展 ２ 个 ＥＭ２２１ 数字 量 输 入 模 块
２ 复合机组生产速度控制
Ｕ 形， 触发限位开关动作， 于是， 在同步控制器的反馈信号输入 端引入－ ５Ｖ 反馈电压， 从而使压型机变频器的输出频率下降， 达 到调节压型机与主机的速度相一致的目的。
在生产瓦楞型复合板时， 需启动压型机， 将钢板压制成瓦楞 型并作为下钢板输送至主机， 并连同上钢板 及 ＥＰＳ 芯 材 在 主 机 中进行复合。因此， 压型机的运行速度与主机的复合速度必须保 持一致。为了达到这一要求 ， 利用 ＳＣＤ 系列数字式同步控制器 调节压型机变频器和复合主机变频器的类比电压频率指令， 并 设计了速度自动补偿功能， 以确保压型机与复合主机始终同步
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王 丰 董小雷 （河北理工大学 机械工程学院， 唐山 ０６３００９）
Ｔｈｅ ａ ｕｔｏｍａ ｔｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｃｏｍｐｏｕｎｄｅ ｄ ｓ ｈｅ ｅ ｔ ｍｅ ｔａ ｌ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｌｉｎｅ ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏｎ Ｐ ＬＣ ａ ｎｄ ＨＭＩ
ＷＡＮＧ Ｆｅｎｇ， ＤＯＮＧ Ｘｉａｏ－ ｌｅｉ （ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｈｅｂｅｉ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｔａｎｇｓｈａｎ ０６３００９， Ｃｈｉｎａ） !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!" 【摘要】简要介绍了全自动金属夹芯复合板生产线的生产流程及控制组成， 着重讨论了复合机组生 产速度的同步调节及成品切割机的工作方式控制。实践证明， 利用 ＰＬＣ 和触摸屏完成复合板生产线的 自动控制， 操作便利， 电气线路简单， 控制可靠性高。 关键词： 金属夹芯复合板； Ｐ ＬＣ； 触摸屏； 数字式同步控制器 【Ａｂｓｔｒ ａｃｔ】 Ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｃｏｍｐｏｕｎｄｅｄ ｓｈｅｅｔ ｍｅｔａｌ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｌｉｎｅ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｂｒｉｅｆｌｙ． Ｔｈｅ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｓｐｅｅｄ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｆｉｎｉｓｈ ｃｕｔｔｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ． Ｉｔ＇ｓ ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｉｓ ｅａｓｙ， ｔｈｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ｉｓ ｓｉｍｐｌｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｉｓ ｈｉｇｈ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ＰＬＣ ａｎｄ ＨＭＩ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｔｈｅ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｌｉｎｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ：Ｓｈｅｅｔ ｍｅｔａｌ ｃｏｍｐｏｕｎｄｅｄ ｗｉｔｈ ＥＰＳ ｃｏｒ ｅ ｍａｔｅｒ ｉａｌ； ＰＬＣ； Ｔｏｕｃｈ ｓｃｒ ｅｅｎ； Ｄｉｇｉｔａｌ ｓｙｎｃｈ ｒ ｏｎｏｕｓ ｄｏｎｔｒ ｏｌｌｅｒ
１ Ｉ０．０
复合主机急停
１ Ｑ０．０
２ Ｉ０．１
编码器输入
２ Ｑ０．１
３ Ｉ０．２ 小压轮架升限位开关 ３ Ｑ０．２
地址描述 复合主机运行 上匀胶泵运行 中匀胶泵运行
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成品板达到所要求的长度时， 启动切割机进行切断并将其输送 至存放区。如果生产的是瓦楞型复合板， 则下钢板需要经过压型 机进行瓦楞成型。因此， 复合板生产线主要由钢板放卷机、瓦楞
图 ３ 复合机组速度自动补偿功能框图
其 中 ， ＶＩ１ 为 由 同 步 控 制 器 的 外 接 电 位 器 Ｒ 提 供 的 输 入 电
压 ， 范围为 ０￣１０Ｖ； Ｖ０１ 和 Ｖ０２ 为 同 步 控 制 器 第 一 、二 单 元 的 输 出
电压， 分别是主机变频器和压型机变频器的类比电压频率信号；
Ｖｆ ２ 为由限位开关 Ｋ 引入的－ ５Ｖ 反馈电压 。Ｖ０１ 和 Ｖ０２ 由 下 列 公