6ES7214-2BD23-0XB8大量现货
一、项目背景
卷板机(Rolling Machine)是对板材进行连续点弯曲的塑形机床，具有卷制O型、U型、多段R等不同形状板材的功能。在造船、化工、锅炉、水电、压力容器、航空、水电、装潢、金属等行业中，有着广泛的运用。
本卷板机通过液压缸内的液压油作用于活塞作垂直升降运动，通过主减速机的末级齿轮带动固定侧做旋转运动，为卷制板材提供扭矩。它主要生产O型管，生产出的O型管用于解决由于设备老旧、管理疏忽等造成的水电站涵洞漏水、垮坝等问题。施工时只需将O型管套进原有的涵洞管道，再进行混凝土、水泥砂浆回填即可，具有工程量小、工期短等优点。
二、选型及现场控制柜图
经过统计本次要求15 DI，11 DO，包含两路高速脉冲输入的PLC,因此选用海为的T32S0T的标准型主机，其产品参数如下所示：
图1 T32S0T功能参数
T32S0T具有16DI/16D0，满足现场需求还留有余量；主机自带的RS232和RS485通讯端口，RS232用来跟触摸屏通讯，RS485用来监控程序；自带的2路200K高速脉冲输入，接AB相编码器脉冲，用来调整两个棍轮的速度。下面是控制柜的现场图：
图2 控制柜内部图
图3 操作台
三、卷板机原理及工艺流程
卷板是使板材通过旋转轴辊而弯曲成形的方法。规格平整的塑性金属板通过卷板机的三根工作辊(二根下辊为翻转侧、一根上辊为固定侧)之间，借助固定侧的下压及翻转侧的旋转运动，使金属板经过多道次连续弯曲（内层压缩变形，中层不变，外层拉伸变形），产生性的塑性变形，卷制成所需要的圆筒。产品的形成大体可分为以下4个步骤：
图4 卷板机原理示意图
1、预弯：卷板时平板两端各有一段长度由于接触不到固定侧而不发生弯曲，要形成一个完整的0型管，就必须要对这一部分做一个预先处理，使平板的前端呈弯曲状态。
2、对中：对中的目的是使工件母线与辊筒轴平行，防止产生扭斜。
3、卷圆：卷圆是产品成形的主过程，分一次进给与多次进给两种，卷制厚板常用多次进给。
4、矫圆：矫圆的目的是尽可能使整圆曲率均匀一致，保证产品质量。
图5 卷制成型的O型管
图6 将缝隙焊接形成无缺口的O型管
四、部分程序及解析
使用HHSC指令测量翻转侧和固定侧的实时位置。
图7 高速计数部分程序
控制固定侧和翻转侧的运动卷制0型管，将翻转侧和固定侧的位置做减法 ，并且取值，当值大于2mm，则停下走得较快的电机。如果通道0大于通道1，则通道0停下；如果通道1大于通道0，则通道1停下；停下后，当走得慢的通道持续走动，脉冲数开始增加，直到两者的差值在0.1mm内，之前停下的那台又开启工作，如此循环往复完成O型管的卷制。
图8 控制卷板机固定侧和旋转侧启停的部分程序
1 引言
收卷控制系统完成纤塑卷绕，包装的整个工序，收卷质量影响产品外观，收卷速度影响纤塑生产速度。用plc控制收卷全部工序，提高纤塑生产速度和收卷系统可靠性，减轻工人劳动强度，对收卷过程中故障能自动检测并报警。对收卷各个工序连锁保护，保证收卷过程稳定可靠工作。故障报警功能能报告故障位置，减少故障查找时间。
2 工艺系统分析
2.1 工艺装备
收卷机是集光机电于一体的自动化设备。由纸芯管检测、取纸芯管、插纸芯管、缠绕纤塑、涨紧芯轴、收卷、切割、缠胶带、涨紧退回、推卷、传动、贴标签、码垛过程组成。
2.2 工艺流程
plc控制变频器驱动异步电机完成送卷，收卷动作，送卷电机驱动送卷辊送出纤塑，收卷电机驱动收卷辊缠绕纤塑，张力的大小通过变频器输出转矩调节。由电机驱动夹持装置夹持纸芯管旋转一周，完成检测，对射式光电开关检测纸芯管内径大小和圆度，不符合要求的纸芯管丢弃。由气缸把纸芯管传送到芯轴一端，推板返回带动气动机械手夹持纸芯管插入芯轴，到达设定位置时，机械手松开纸芯管，如未到位重插纸芯管，气缸带动摆臂放下，摆臂上气缸推动涨紧装置顶住芯轴活动端，防止芯轴高速卷绕时在纤塑离心力作用下变形。
在卷绕每卷纤塑开始时，先送一段纤塑，在运动平台导引下，落到助卷辊上，多出纸芯管一周长长度，助卷辊压住它上面的纤塑绕纸芯管运动一周，并压在纤塑前端，运动平台上移，同时送卷，使纤塑包住纸芯管上纤塑一端，纤塑缠绕在纸芯轴上。送卷，收卷电机同步转动并保持一定张力，纤塑紧紧缠绕在纸芯管上。
纤塑卷绕到设定长度后压紧装置压紧纤塑，切割电机转动带动链条上的割刀横向运动，切断纤塑，压紧抬起，纤塑切割完成，收卷电机转动，胶带机压在纤塑上，胶带机上胶带缠绕纤塑一周，胶带机抬起时胶带机上切刀弹回，切断胶带。涨紧装置收紧摆臂抬起，推板把打包后纤塑推出。重新开始下一过程。
3 自动化系统设计
3.1 时序逻辑设计
收卷过程是时序控制，前一工序完成后，才能开始下一工序。每一个工艺过程必须顺续执行。纤塑卷绕速度有低速和高速，开始和结束时用低速，中间段用高速。每卷纤塑长度由显示单元设定，显示单元可对纤塑预送长度，每卷纤塑长度，电机高速开始长度，电机高速结束长度进行设定，纤塑长度监视，可显示实际长度，故障报警。纤塑长度由与测量辊相连的编码器测量，各组成部分运动位置信号由接近开关和行程开关检测。收卷控制系统有许多位置信号，作为每一步工序的开始和结束反馈。位置信号有机械手取到纸芯管信号，机械手插纸芯管到位信号，助卷辊到位信号，助卷辊回位信号，传动平台到位信号，运动平台中位信号，运动平台上位信号，摆臂抬起信号，摆臂放下到位信号，涨紧信号，压紧到位信号，切完信号，胶带机抬起信号、推板回位，到位信号，集储器空信号，纸芯管检测原点信号，搬运手抬起，放下信号。纸芯管内径大小和圆度的检测使用一对常开和常闭对射式光电开关，对射式常开光电开关位于纸芯管内侧，有信号时，说明纸芯管内径小或圆度不够，对射式常闭光电开关位于纸芯管壁处，有信号时，说明纸芯管内径大或圆度不够，都不符合要求。部分输入信号不直接进入plc，相串联后进入plc，这样减少输入点数，如摆臂放下到位信号控制涨紧气缸推出，压紧到位信号控制切割电机转动，这种接法减少输入点数，降低成本，但影响输入器件可靠性。
3.2 组合逻辑设计
(1) 纤塑不符合标准或自动控制系统部分出现故障时，由操作人员手动控制系统运行，手动控制尽量不通过plc，保证plc故障时仍能手动工作。急停按钮控制全部系统供电，保障特殊情况下系统安全。
(2) 输入输出器件有严格互锁，保证系统正常安全有序的运行，收卷电机运转时，涨紧装置必须顶紧卷轴，保证纸芯管紧紧套在卷轴上，同时防止缠绕纤塑的卷轴在离心力下变形。涨紧收回、摆臂抬起后推板才能推出，防止纤塑和涨紧装置被撞坏，集储器没有纤塑时，收卷机停机，等待集储器存储纤塑，防止纤塑拉断，切割在送、送收卷电机停止和压紧装置压下后进行，防止拉断纤塑。涨紧装置涨紧卷轴后，胶带机才可压下，防止压弯卷轴。在收卷时压紧装置不能压下，防止拉断纤塑。各装置之间机械电气互锁是必须的，是保障系统安全可靠运行必要条件。
(3) 纤塑收卷过程中纤塑应保持一定张力，此张力是通过张力变频器控制，在纤塑缠绕纸芯管时如没有张力纤塑应重新缠绕芯轴，在收卷过程中纤塑拉断时没有张力，停止送、收卷电机转动，报警，由人工处理。
3.3 运行方式设计
系统控制分自动和手动控制方式。
(1) 手动控制
手动控制每一步动作单独进行，作为人工操作和调试用，手动控制点动低速送纤塑时，测量纤塑长度仍然由plc控制，到达设定米数时，低速送纤塑停止。手动推板互锁通过plc，其他手动操作没有通过plc，而是直接控制执行元件。插纸芯管旋钮、自动收卷旋钮、缠胶带旋钮、运动平台旋钮有手动，自动两位，缠绕旋钮，取纸芯轴旋钮，切割旋钮，尾部收卷有三位，分别是手动，停止，自动。手动时各步骤可由人工操作分别完成。推板退到位时，推板电机停止转动，高速计数器清零，送卷电机预送一段长度纤塑后停转，在预送过程中，取样按钮按下时，达到取样长度时送卷电机停转，手动切割纤塑，取样结束。纤塑缠绕旋钮手动时助卷辊绕纸芯管圆周运动，纤塑缠绕纸芯管一周，助卷辊压在纤塑端部防止纤塑滑落，此时送卷辊转动，送纤塑，运动平台上移，纤塑包住纤塑端部后，送卷辊，收卷辊低速同步转动，压在纸芯轴上的纤塑在摩擦力作用下和纸芯轴同步转动，纤塑缠绕在纸芯轴上，高速送卷时助卷辊回到原位。切割旋钮手动时，压紧装置压下，碰到行程开关后切割电机转动，带动链条上切刀横向切断纤塑，切完后划过接近开关，输出信号，压紧装置抬起，切割结束。取纸芯轴旋钮手动时，搬运手从纸芯管检测装置中取出纸芯管，送到芯轴端。插纸芯管旋钮手动时，推板推出到位后，机械手抓住纸芯管，推板返回，纸芯管插入芯轴。缠绕旋钮手动时，助卷辊动作，把纤塑绕纸芯轴圆周运动一周，到位后送卷电机送一段纤塑，包住纤塑端。自动收卷旋钮手动是，收卷机停，点动低速送纤塑。尾部收卷手动时，收卷电机转动，时间到，收卷电机停。缠胶带旋钮手动时，胶带机不动作，由人工缠胶带。
(2) 自动控制
自动控制由plc实现，工作状态转换通过plc内部高速计数器，定时器和接近开关，行程开关和光电开关信号实现，严格遵循时序关系。
3.4 运动控制分解
(1) 检测纸芯管过程
纸芯管挡板动作，纸芯管从断续取料装置取出，纸芯管落到旋转检测夹持器中，夹持器夹紧，在电机带动下转动一周，有凹陷或内径小于标准值，大于标准值时，光电开关输出信号，夹持器松开，搬运机械手退回里边，纸芯管落入废弃滑道中，纸芯管重取。纸芯管符合标准，夹持器松开，搬运机械手退到中间位置，落入搬运手中。
(2) 取纸芯管过程
检测合格纸芯管落入搬运手延时一会，，搬运手气缸伸出，纸芯管放在芯轴端。插纸芯管过程：，推板上机械手夹持芯轴端纸芯管后随推板返回，把纸芯管插入芯轴，插到位后，机械手松开。搬运手收回，重新取纸芯管。
(3) 涨紧芯轴过程
机械手把纸芯管插入芯轴后，摆臂气缸收回，摆臂放下，到位后摆臂下行程开关动作，涨紧气缸推出，涨紧装置顶住卷轴，涨紧行程开关动作。
(4) 缠绕纤塑过程
推板推到位高速计时器清零，预送一段纤塑，其长度正好是纤塑前端缠绕纸芯管外圆一周，助卷辊绕纸芯管圆周运动到位后，压住纤塑端部，送卷电机转动送纤塑，同时运动平台上移，使纤塑包住纸芯管上纤塑前端后，送卷、收卷电机保持一定张力同时转动。
(5) 收卷过程
送卷，收卷电机同步转动。到达设定电机高速米数时，送卷，收卷电机高速运转，到达设定电机低速米数时，送卷，收卷电机低速运转，到达设定纤塑长度时，停止转动。收卷机结构原理如图1所示。
图1 收卷机结构原理
(6) 切割过程
压紧装置压住纤塑后，行程开关动作，切割电机转动，链条上割刀横向运动切断纤塑，到位后划过接近开关，接近开关发出信号，切割电机停止转动。
(7) 缠胶带过程
收卷电机带动纤塑转动，延时一段时间后，在纤塑接头处压下，转动一周后，胶带机抬起，胶带机上切刀在弹簧作用下，切断胶带，胶带机抬起时，划过接近开关，接近开关输出信号。
(8) 涨紧退回过程
胶带机抬起，接近开关输出信号时，涨紧气缸退回，涨紧装置松开芯轴，同时摆臂气缸推出，摆臂抬起，摆臂抬起行程开关动作。
(9) 推卷过程
摆臂抬起行程开关输出信号后，推板推出，推板下压断的回位行程开关闭合，但由于电机正反转接触器互锁，电机不能反转。推板到位后，到位行程开关闭合，正转接触器释放，等待机械手夹持纸芯管后，反转接触器吸合，电机反转。到位后推板回位行程开关压断，电机停止转动。
(10) 传动过程
推板推出时，传动平台在传动电机带动下运动，到位后停止，把纤塑传动到码垛机上。
(11) 贴标签过程
纤塑在传动平台运动经过贴标机时，贴标机自动贴标签。
(12) 码垛过程
码垛机把贴好标签的纤塑码成设定位置排列。
贴标和码垛由单独的设备控制。搬运机械手气缸为三位气缸。
3.5 数据管理
(1) 产量记录
计算产量程序在每次推板推到位计数器清零时累加长度，纤塑产量即长度为每卷米数累加值，为便于直观显示，以厘米为单位产量移位8位后即平方米为单位显示，键入的清零位不为一时产量清零。
(2) 报警数据
报警程序使用延时方法判断位置信号，机械装置动作后，如设定时间内没有反馈信号，认为机械异常，报警继电器置位，显示器显示报警信息，并发出声音。
(3) 定长数据
由于纤塑送卷速度并不是非常快，并且纤塑有收缩性，设定长度要略大于实际长度，对纤塑长度精度要求不高，plc扫描时间较短， 程序中没有使用高速计速脉冲中断，而是使用程序扫描高速计速器方式。
4 电控系统设计
4.1 plc电控设计
plc选用光洋sh1-64r1，36点24v直流输入，28点继电器输出，显示器选用文本显示单元cl-02ds，具有监视，设定，报警功能。电磁阀由交流24v供电。位置检测使用接近开关和行程开关。纸芯管内径大小和圆度检测使用对射式光电开关。编码器为光洋trd-j100-rz型。送卷辊电机驱动选用汇川md300变频器，收卷电机驱动选用汇川md330张力变频器。变频器运转速度为两段运行模式，低速和高速，由端口控制。送卷变频器为闭环速度控制模式，收卷变频器为开环转矩控制模式。收卷变频器输出频率由送卷变频器输出频率设定，收卷张力由电位器设定，变频器端子控制为三线制运转模式，送卷、收卷变频器参数做必要设定。plc i/o变量定义如表1所示。
4.2 变频器驱动电控设计
