广州蚁象公司成功将S7-1200PLC 应用在卷取机换卷装置上

项目简介

随着时间的推移，社会的发展，如何采用先进生产设备，提高生产效率，降低生产成本，减少劳动力，已成为企业竞争的关键。我公司以往生产的塑料挤出复膜机组，其收卷换卷装置的电气系统是采用接触器及继电器控制，继电器及接触器控制的缺点线路复杂，接线点多，维修不方便，常出现触点老化而导致接触不良，误动作，影响生产，浪费材料。而且电机启动和各电磁阀的投入均为手动控制，控制缺乏保护功能，在操作时存在一定不安全因素，换卷需由熟练的操作人员才能操作,换卷过程需降速到一定的速度才能换卷成功，无法提高效率。同时，由于控制技术落后，使得整机档次低，竞争能力不强，只能靠低售价（相对而言）占领市场。公司为了改善设备的性能，提高客户的生产效率。因此摩擦式卷取机换卷装置的控制系统采用了SIMATIC S7-1200 控制器。

工艺流程介绍

摩擦式卷取机装置示意图如图1所示。由夹送辊装置、横向切断装置、大直径表面摩擦辊装置（卷取辊）、预备收卷工位（收卷一工位）、收卷装置（收卷二工位）、翻转摇臂装置等组成。其功能是夹送辊可以抬压，换卷时带动基材；横向切断装置可以左切或右切把基材切断，从而基材直接卷于一工位上，基材前后分开；摩擦辊可以转动，把基材收卷起来；一工位可以抬压，把卷筒放松压紧，一工位可以上升下降（利用翻转摇臂电机的正转和反转运行），把卷筒放置二工位；二工位可以前进后退，前进时压紧卷筒，后退时，把基材带离。

摩擦式卷取机换卷装置工作原理是：二工位前进→夹送辊夹（压）紧基材→一工位卷筒面接触基材面→横切刀切断基材→二工位后退→一工位下降→二工位前进→一工位抬起把卷筒转到二工位→一工位上升→夹送辊抬起。夹送辊抬压有电磁阀（YV1）控制，一工位抬压有电磁阀（YV2）控制，横切刀左切和3右切有电磁阀（YV4）控制，二工位前进后退有电磁阀（YV3）控制，一工位上升下降有翻转摇臂电机控制。换卷过程电磁阀通断表如下表所示（表中1为得电，空白为不得电）。

方案确定

因以往摩擦式卷取机换卷装置电气系统是采用接触器及继电器控制，继电器及接触器控制的缺点线路复杂，接线点多，维修不方便，常出现触点老化而导致接触不良，误动作，影响生产，浪费材料。而且电机启动和各电磁阀的投入均为手动控制，缺乏控制保护功能，操作不方便，在操作时存在一定不安全因素，换卷需由熟练的操作人员才能操作，而且换卷过程需降速到一定的速度才能换卷成功，生产效率低。还有靠操作者的意识判断，常因基材切断后与一工位配合不当、一工位与二工位的卷筒转换位置配合不当，换卷不易成功，造成整机停止生产，影响客户生产和浪费材料。有很多老客户反映说我公司的塑料挤出复膜机组的设备性能很好，美中不足的就是其卷取段的换卷装置采用手动换卷控制不好，常因专门培训的操作者离开，一时找不到熟练操作者，停止生产。很多订单也因为换卷装置是手动换卷控制客户最终取消合同，还有很多国营公司和合资厂一般都要购买先进生产设备，常因了解到我公司的设备电气控制技术太落后档次太低，不跟我公司签合同。随着时间的推移，社会的发展，如何采用先进生产设备，提高生产效率，降低生产成本，减少劳动力，已成为企业竞争的关键，显然我公司现在的设备尤其是摩擦式卷取机换卷装置电气控制系统已落后于客户的需求，必须对其手动换卷控制系统进行科学、合理的设计，因此采用了SIMATIC S7-1200控制器对其电机和电磁阀进行控制和各部位增加限位安全开关检测。

控制系统硬件配置

SIMATIC S7-1200具有集成PROFINET接口，实现低成本与编程设备的通讯、强大的集成工艺功能，有效的解决方案，满足自动化需求、和灵活的可扩展性、安装简单方便、可拆卸的端子 、紧凑的结构可大大节省了控制柜安装占用空间等特点。因此系统采用了1214C CPU AC/DC/Rly的PLC作为控制中枢，其电源为AC220V，节省了电源模块、数字量输入为DC24V 14点，光电接近开关电源也是DC24V,可直接与输入点连接、10点输出为继电器，干触点电压为5~30VDC或5~250VAC,电磁阀的线圈和接触器的线圈供电电压为AC220V，故可直接与PLC输出电路连接，使系统简单可靠。设备电气柜布置如图 2 所示

软件开发

系统控制程序分析如下：

（1）按下换卷开始SB1（I0.1 为1），使M9.0 为1，进入自动换卷状态

（2）二工位前进和后退：当M9.0 为0 时，按下按钮(SB3)I0.3，选择二工位前进或后退，二工位在前进状态时，Q0.7 为ON ,使电磁阀（YV3）线圈得电，反之为后退。其作用是考虑设备生产时不进行换卷或刚开始生产时基材第一次投入、停止生产时要卸下基材。

（3）换卷取消：当横切刀未动作，按换卷取消按钮I0.3 时, 使Q0.5（电磁阀YV1）为OFF,夹送辊抬起；使Q0.6（电磁阀YV2）为OFF，一工位抬起。此功能是当已经进入换卷状态，但基材还没切断时，操作者想终止换卷。

（4）紧急停止：考虑操作者的人身安全，在事故发生的紧急情况下，按I0.0 时，夹6送辊抬起，一工位抬起，翻转摇臂电机KM1、KM2 停止工作，使一工位停止上升或下降，二工位后退。

（5）自动换卷控制过程分析：当二工位后退到位检测I1.2 为1 时,按下SB1， M9.0(换卷中继)为ON，使Q0.7 为1(二工位电磁阀YV3)得电，二工位前进；二工位前进到位检测X1.1 为1 时，使Q0.5（夹送辊电磁阀YV1）为ON，夹送辊压下，把基材压紧；夹送辊压到位I0.4 为1 时，Q0.6（一工位电磁YV2）为ON,一工位压下，把卷筒压下，使基材粘在卷筒上；一工位压到位检测I0.7 为1 时，当横切刀右侧到位检测I0.6 为1，左侧到位检测I0.5 为0 时，横切刀装置向左方切断基材，横切刀左侧电磁阀(YV4) Q1.0 为ON，或（横切刀左侧到位检测I0.5 为1，右侧到位检测I0.6 为0 时，横切刀向右方切断基材，横切刀右侧电磁阀(YV4）Q1.1 为ON）；横切刀左侧到位检测I0.5 为1 或右侧到位检测I0.6为1 时，使二工位电磁阀(YV3) Q0.7 为OFF，二工位后退，把基材（成品）带离；二工位后退到位检测I1.2 为1，延时2 秒，2 秒延时到，Q0.3 为ON 翻转摇臂电机下降（正转）运行，使一工位下降，把基材已经卷在卷筒上的新卷下降；新卷下降到位检测I1.5 为1，二工位后退到位检测I1.2 为0 时（证明基材已经卸完毕），二工位电磁阀（YV3)Q0.7 为ON, 使二工位前进；二工位前进到位检测I1.1 为1，一工位电磁阀(YV2) Q0.6 为OFF,一工位抬起（放松卷筒），把新卷的卷筒转移到二工位上；一工位抬到位检测I1.0 为1，卷经检测I1.3 为1 时（因机械结构的原因，新卷到一定卷径时一工位才能上升），使Q0.2 为ON 翻转摇臂电机上升（反转）运行，使一工位上升（准备下次换卷工作）；一工位上升到位I1.4 为1， Q0.5 为OFF,夹送辊电磁阀线圈失电，使夹送辊抬起，同时也使M9.0(换卷完成中继)为OFF,至此换卷过程完成。本PLC 可编程序控制器的梯形图如图4 所示。

应用体会

SIMATIC S7-1200 自动控制系统与开关按钮系统比较，增加了监控功能，具有可靠性强、安全性好、准确性高等优点，可节省人员的编制，大大减少因人为的误操作或开关损坏而造成的故障，从而提高了工作效率，并相对提高了社会经济效益，是一种有效而实用的自动控制系统。

通过客户的使用，证明了塑料挤出复膜机组的摩擦式卷取机换卷装置系统用PLC 控制的方法是切实可行的。卷取机换卷装置采用SIMATIC S7-1200 PLC 控制器能大大地提高系统的可靠性和极大地减轻操作人员的劳动强度，并使操作程序更加简便，客户较为满意。