基于S7-200 PLC 对一款鞋子自动刷胶机控制系统的改进

曾喜娟，吴志华

(1.黎明职业大学 机电工程与自动化学院，福建 泉州 362000；2.黎明职业大学 信息与电子工程学院，福建 泉州 362000)

鞋子自动刷胶机可以给鞋子自动上胶，还可以用在皮革、纸盒、饰品、建材、运动器材等行业中，具有安全设计、防止手被卷入滚轮内，防止工作物被卷入蓄胶糟内.采用步进电机拖动滚轮刷胶，滚轮半径为30 mm，速度可以调节，以达到刷胶需要的工艺，同时胶槽及滚轮均可独立控制温度，使用方便，为制鞋提高了生产效率.因此控制系统的稳定性及准确性对鞋子的生产起到了决定性的作用.

1 鞋子自动刷胶机原有的控制系统

图1 单片机控制的鞋子自动刷胶机控制系统的原理图

原有的鞋子自动刷胶系统是采用单片机控制的，其控制系统如图1所示.

控制系统以单片机为核心，单片机接受现场控制信号，经过处理，控制步进电机的驱动器去驱动步进电机工作，同时向显示模块发出触发信号，显示模块显示当前步进电机的转速.电源模块为各个模块提供电能，通信模块用于与PC机通信.本系统设计简单，价格便宜.但是在使用中由于制鞋环境粉尘多、潮湿以及强电干扰，常常导致控制系统不稳定，刷胶工艺满足不了需求，因此提出一种基于S7-200 PLC对鞋子自动刷胶系统的控制方案.

2 基于S7-200 PLC的鞋子自动刷胶系统的设计

2.1 CPU224XP PLC DC/DC/DC的特点

CPU224XP PLC( DC/DC/DC)是S7-200家族的一员，它需要直流24 V电源供电；直流输入、直流输出；共有14点输入，10点输出；且有两点高速脉冲输出端口分别为Q0.0和Q0.1.这款PLC身形小巧，功能齐全，输入接口电路采用光隔，因此抗干扰能力强，性能稳定，方便安装与使用，而且PLC的脉冲输出编程方便，控制稳定，故选用这款PLC作为本控制系统的核心单元.

2.2 鞋子自动刷胶机控制系统的组成

基于S7-200PLC的鞋子自动刷胶机控制系统的组成如图2所示.

本系统显示模块采用触摸屏显示[1]，步进电机采用Microtep 17 HS101两相混合式步进电机进行驱动.步距角为1.8°，输出相电流为1.7 A驱动电压为直流24 V.步进电机驱动器采用SH-2H042Ma型驱动，SH-2H042Ma外形图如图3所示.

该步进电动机驱动器的工作电流输出为1.7 A，工作电压为DC 24 V.驱动器为2/4相混合型步进电机驱动器，集硬件环形脉冲分配器与功率放大器与一体，在驱动器上有一个4位的拨位开关(位于图3中右上角的小窗口中)SW1，SW2，SW3，SW4,通过设置SW1-4的位置(00，01，10)可以得到不同的步距角，分别对应：0.9°，0.45°，0.225°.另外在驱动器上还有1个10位接口的接线端口排(位于图3中左上角的端子排)，分别用于与可编程控制器和步进电动机连接[2].

图2 S7⁃200PLC控制的鞋子自动刷胶机控制系统的结构图图3 SH⁃2H042Ma步进电机驱动器外形图

2.3 鞋子自动刷胶机控制系统的原理图

基于S7-200PLC改进后的鞋子自动刷胶机控制系统的电气原理图如图4所示.

图3 基于S7-200PLC改进后的鞋子自动刷胶机控制系统的电气原理图

这里Q0.0作为脉冲输出端，控制步进电机的运行，Q0.2端口控制步进电机的运行方向.本系统根据刷胶需要设置步进电机驱动器上的拨位开关：SW1为0，SW2为1，SW3和SW4都为1的状态，即每转的细分步数为800步/转.在本系统装置中，步进电机转一圈带滚轮转动一圈，由于滚轮周长是188.4 mm，所以每步滚轮移动的距离为0 mm，假设鞋子底边长度为25 cm，则要设移动250 mm的距离，需要的脉冲数为250/0.24≈1 042个脉冲.

图5 改进后的鞋子自动刷胶机控制系统程序流程图

S7-200PLC内置两个PTO/PWM发生器，它们的输出点分别为Q0.0和Q0.1，平时Q0.0和Q0.1可以作为普通输出使用，但作为PTO/PWM使用时，其他操作均失效.通常在启动PTO或PWM操作之前，用复位指令R将Q0.0或Q0.1清零[5].

2.4 改进后的鞋子自动刷胶机控制系统程序设计[3]

改进后的鞋子自动刷胶机控制系统程序流程图如图5所示.

程序设计时考虑到刷胶不均匀时，可以补胶，因此设置单周期的工作方式，另外步进电机脉冲输出这里选择PTO脉冲输出，所以设置脉冲输出发生器的控制字字节必须设置正确，否则步进电机无法运行[4].

依此流程图编写程序并下载到PLC了，联机调试，系统运行稳定，抗干扰能力得到了提高.

3 结论

本文主要介绍了基于S7-200 PLC 对一款鞋子自动刷胶机控制系统的改进设计方法，同时介绍SH-2H040Ma型步进电机驱动器与S7-200CPU224XP可编程的连接方式，为工程实践提供借鉴.改造后的系统用于环境较差的制鞋场地，系统的稳定性及抗干扰能力得到了大大的提高，刷胶工艺也进一步满足生产的需求.