一种室内分体式自动铺砖机的控制系统设计

花勇 赵刚

（江苏食品药品职业技术学院，江苏淮安 223003）

一种室内分体式自动铺砖机的控制系统设计

花勇 赵刚

（江苏食品药品职业技术学院，江苏淮安 223003）

铺贴瓷砖作为室内装潢的一道重要工序，传统手工铺砖存在着效率低、一致性差等缺点。基于此，设计分体式自动铺砖机的控制系统及其组态画面，借助PLC、传感器和伺服电机控制其供料、水平、垂直方向的位移和瓷砖铺贴过程，实现精确、高效、连续化的铺砖作业，具有效率高、成本低、一致性好等优点。

自动铺砖机；PLC；控制系统

随着经济的发展，房地产市场的火爆，室内装修随之蓬勃发展起来，铺贴瓷砖作为室内装修的一道重要工序，越来越受到人们的重视。目前，室内装修铺贴瓷砖主要还是以人工为主，但由于铺砖劳动强度大，对工人技术水平要求较高，传统的手工贴砖存在空鼓率高、水平定位不准、垂直平整度误差大、刷浆慢等诸多问题［1］。本文针对传统人工铺设的缺点设计一种新型的室内分体式自动铺砖机，一种集运砖、刷浆、铺砖、压砖等多道工序于一体的自动化铺砖解决方案。此铺砖机由立体运砖机构、刷浆机构、定位机构，铺设机构和压实平整机构等部件组成。该方案利用光电传感器、压力传感器、伺服电机、S7-200PLC和MCGS触摸屏组建成铺砖机的控制系统，设计出具有可靠机械传动和电气控制，实现精确、高效、连续化铺砖作业的自动控制系统。

1 分体式自动铺砖机结构设计

室内分体式自动铺砖机由瓷砖自动上料机构和瓷砖铺贴机构两部分组成（见图1）。上料机构由漏斗、瓷砖提升机构、瓷砖输送机构、砂浆抹平机构和四导柱顶升气缸等机械结构组成。磁性开关与伺服电机的配合可实现自动铺砖机的精确定位。瓷砖铺贴机构由旋转轴盘式输出减速机、真空吸盘和直线气缸等部件构成，其中真空吸盘和直线气缸的位置可以沿着辐条的方向调整，以满足铺贴不同尺寸瓷砖的需要。瓷砖的Z周旋转角度可通过伺服旋转轴盘式输出减速机调整，使瓷砖和地面十字线对齐并保证瓷砖之间的间隙一致。直线气缸的头部安装半球形的橡胶锤，可在气缸的作用下均匀地分次压实瓷砖，防止铺贴瓷砖时压坏瓷砖。

2 分体式自动铺砖机控制系统设计

自动铺砖机的控制系统由1台S7-226PLC、光电传感器、压力传感器、接近开关、金属传感器、伺服电机和MCGS昆仑通态TPC7062KX型人机界面等组成铺砖机的控制系统。在料斗的上下两侧安装光电传感器用于检测料斗中砂浆含量；四导柱顶升气缸和压紧气缸上的压力传感器用以反馈挤压砂浆时的压力值；在瓷砖铺贴机构两端分别安装2个接近开关以实现上料底座在传送组件带动下完成精确定位；安装在瓷砖铺贴机构的金属传感器可用于检测X、Y、Z三轴伺服电机是否在原点位置。最后根据控制上料机构的自动上料、抹灰成型的运动位置控制以及瓷砖铺贴机构铺砖移动的轨迹编写相应的PLC程序，控制X、Y、Z轴伺服电机的移动方向，使铺贴的瓷砖前后左右对齐。瓷砖的压实通过4个相距90°对称布置的压紧气缸分3次压实瓷砖，最终使瓷砖在水平面上完成瓷砖的压实处理。

图1 分体式自动铺砖机结构设计图

3 自动铺砖机程序设计

3.1 自动铺砖机工作流程

自动铺砖机模拟人工铺贴瓷砖的工艺要求和动作特点编写PLC程序，设备采用分体式结构由瓷砖自动上料机构和瓷砖铺贴机构两部分组成，其工作流程如下。

3.1.1 自动上料机构工作流程。首先，将水泥砂浆搅拌均匀后输送给料斗3，经料斗下料到料槽10中，加满后刷浆机构将料槽中砂浆刮平并返回。瓷砖自底部放入抬升支架上，经伺服电机6将瓷砖抬升到水平推料气缸处，这时水平推料气缸将瓷砖推入砂浆成型料槽的上方后缩回。然后，伺服电机带动滚珠丝杠将砂浆成型底座和瓷砖移动到压紧机构5处，由压紧机构将瓷砖和料槽中的水泥压实后抬起。最后，由伺服电机6将底座移动到机架的最右侧，四导柱顶升气缸抬起抹灰后的瓷砖脱离砂浆成型料槽备用。

3.1.2 瓷砖铺贴机构工作流程。首先，瓷砖铺贴机构在X、Y、Z三轴伺服电机的带动下，自坐标原点将真空吸盘移动到临近自动上料机构的瓷砖处；然后，真空吸盘吸附起瓷砖，移动X、Y、Z三轴电机使瓷砖回到用户坐标系原点正上方10mm处，调整旋转轴盘式输出减速机角度使瓷砖与地面十字线对齐；再由伺服电机及减速机沿Z轴下降到指定位置后，真空吸盘释放瓷砖；在气缸7下降压两三次（模拟橡胶锤敲击效果），将瓷砖压实到标高控制线后缩回。当第一块瓷砖铺好后，瓷砖铺贴机构即按照S7-200PLC控制程序实现精确、高效、连续化铺砖作业。

3.2 自动铺砖机的顺序控制功能图设计

按上述自动铺砖机工作流程设计的自动铺砖机程序结构包括：主程序、初态检查子程序、瓷砖自动上料子程序、运行控制子程序、瓷砖铺贴子程序和状态指示子程序等。主程序是一个周期循环扫描的程序，通电后先进行初态检查：即检查料斗中砂浆供料充足、瓷砖上料机构有无瓷砖、水平推料气缸缩回、刷浆机构缩回、四导柱顶升气缸下降、铺料底座在滚珠丝杠左侧、瓷砖搬运铺贴机构是否在原点以及瓷砖压紧气缸缩回8个状态是否满足要求。这8个条件中任一条件不满足初态条件，设备均不能启动瓷砖铺贴程序并使之运行。如果初态检查通过，则说明设备准备就绪，准许启动。启动后主程序每个扫描周期调用瓷砖自动上料子程序、运行控制子程序和瓷砖铺贴子程序循环执行。如果在运行过程中按下停止按钮，系统运行一个周期后进入停止状态。

4 人机界面设计

根据自动铺砖机的PLC程序选择MCGS昆仑通态人机界面TPC7062KX设计其组态画面，可实现如下功能：①在触摸屏上实现设备的起动、停止操作和工作状态指示；②当入料口通过人工放下瓷砖时伺服电机立即启动，按触摸屏设定的速度驱动传送电机把瓷砖送往铺砖机构处；③在触摸屏上可显示各横向、纵向铺贴瓷砖的累计数据，且数据在触摸屏上可以重新设定；④根据实际需要设定铺贴瓷砖时气缸施加的压力值大小；⑤可手动设定铺贴机构旋转z轴的初始角度，便于手动调整铺贴瓷砖使其和地面十字线对齐。

5 结语

本文设计的室内分体式自动铺砖机模拟人工贴砖抹灰和贴压瓷砖的工艺过程，借助PLC、传感器和伺服电机控制其自动送料机构和铺砖机构水平和垂直方向的位移，可实现精确、高效、连续化的铺砖作业。PLC和MCGS的综合应用实现了铺贴瓷砖的自动化控制，且在铺砖机运行的过程状态和数量都可从人机界面上实时的监控，并可根据需要做适当修改，大大提高了铺贴瓷砖的效率，适用于更多的场合。其具有低成本、质量一致性好的优点，是对自动铺砖机控制系统设计的一次有意义尝试。

［1］肖俊峰，尹虹红.基于PLC的水泥制砖机控制系统［J］.砖瓦世界，2008（11）：36-40.

The Control System Design of an Indoor Split Type Automatic Paving Machine

Hua YongZhao Gang
（Jiangsu Food&Pharmaceutical Science College，Huai'an Jiangsu 223003）

Paving tiles as an important process of interior decoration,the traditional manual paving brick has the shortcomings of low efficiency,consistency and others.Based on this,the control system and its configuration screen of split automatic paving machine were designed.The PLC,sensor and servo motor were used to control the feeding, horizontal and vertical displacement and tiling process of the paver.to achieve accurate,efficient,continuous paving operations.The advantages are high efficiency,low cost,good consistency and so on.

automatic paving machine；PLC；control system

TH69

A

1003-5168（2016）11-0065-02

2016-10-25

花勇（1979-），男，硕士，讲师，研究方向：数字化设计。