基于PLC的风机叶片主梁玻纤布自动铺放控制系统

徐长春，郑楠，王逸尘

（江苏海洋大学，江苏连云港222005）

1 设计要求

1．1 工作要求

自动铺放设备主体主要是自动铺放小车，铺放小车可按设定长度铺放，根据不同产品型号调用铺层数据，且工艺数据的调用和参数输入具有密码保护。小车运行可根据设定速度和长度的自动运行，自动运行中可以手动停止换卷后再启动自动运行，同时具有手动运行功能。在主梁开始铺设时，可通过操作人员标定一次零点位置，后续无需标定。一层大梁布铺设完成后，小车停止，系统自动进入下层铺设数据，由反向按键发出控制信号使小车反向运行到第二层铺设位置，开始铺设按键发出开始铺设信号时再开始自动运行。小车运行速度可通过触摸屏设定且运行过程中速度不可调节。铺放小车按起始点和停止点启动和停止。

1．2 控制要求

本设备的控制系统主要由触摸屏、PLC、伺服控制系统、检测机构和开关量器件组成，系统控制原理如图1所示:

图1 设备控制原理

上位机采用触摸屏和嵌入式组态软件，可以实现操作人员与设备的人机交互，同时可以将PLC反馈的状态信息直观显示出来。下位机PLC是控制系统的核心，向上位机触摸屏反馈系统状态信息，接收上位机、传感器等各方的信息，经运算和逻辑判断后，向伺服驱动器发送控制信号，通过伺服电机的转动带动铺放小车的运动，实现主梁玻纤布的自动铺放。

2 硬件设计

根据设备的功能需求，控制系统硬件主要包含两大部分:一是作为控制系统的核心，执行通信、数据采集、逻辑判断、数据反馈等任务的PLC控制器；二是驱动运动平台的电机及其驱动器。

2．1 电机的选择

自动铺放小车作为设备的运动平台，只需要一个电机就能实现小车的往复运动。由于自动铺放小车的速度控制要求较高，且需要的力矩较大，因此采用伺服电机控制。伺服电机配有伺服驱动器，采用带编码器的半闭环控制，可以实现很高的位置和速度精度。伺服驱动器工作在位置模式下，PLC向驱动器发送方向信号和脉冲信号，来控制电机的正反转和电机的转速，以此来实现铺放小车的往复运动和速度调节。

2．2 PLC 的选型及 I／O 口分配

根据控制功能的需求，输入输出点的个数以及分配都需要明确，在本设计中，由于应用了触摸屏，故需要15点开关量输入，11点开关量输出。因此选择了三菱FX3U－32MR型号的PLC［5］。此PLC性能较好，能很好地满足控制要求。PLC具体的输入输出接线如图2所示。

图2 I／O接线图

3 程序设计

设备的程序设计可以分为两个部分，一是PLC中的设备控制程序设计，二是上位机触摸屏中的人机界面设计。

3．1 设备控制程序

设备控制程序运行在PLC中，控制着伺服电机和传感器，对外部提供通信接口和控制指令，实现铺放小车的自动铺放。

控制程序主流程如图3所示，系统上电后，程序首先初始化及系统自检，若系统自检正常则铺布系统正常启动，若系统自检不正常则系统报警并执行停机操作。铺布系统启动后，选择手动或自动模式，当操作人员需要对自动铺布系统进行测试时，可以选择手动模式来进行伺服点动调试。如果未选择手动模式，系统会默认选择自动模式，PLC将读取触摸屏上写入好的参数信号，通过RS－485与伺服电机进行通讯，同时伺服驱动器在定位过程中会实时读取编码器测量的位置信号，PLC再通过高速计数模块进行计数，得到位置控制信号，实现铺布小车的精确运动。铺布小车进入正常工作模式后，PLC内部计数器会自动计算铺布层数，当铺布层数达到人机界面设定的指定层数后，铺布系统会自动停机，即整个铺布工序结束。如果系统某个部分在工作模式下发生故障，系统会自动紧急停机，这样可以避免安全事故的发生。

图3 控制系统流程图

3．2 人机界面设计

控制软件运行在上位机上，本设备上位机选用的是MT8070IE型号触摸屏，使用EasyBuilder Pro编程软件进行编程，设计操作人员与设备之间的人机交互界面。根据控制程序提供的指令，设定五个主要界面，分别是工作模式、手动模式、工艺参数设置、系统参数配置和历史参数查询。

人机交互界面如图4所示，当前处于工作模式，操作界面左侧区域是主界面跳转区，可以实现五个界面的切换，中间部分是工作模式状态显示区，当设备处于工作模式时，各指示灯状态由PLC输出信号控制，操作人员可以通过指示灯的状态观察设备状态，右侧区域是设备的操作区，可以控制玻纤布自动铺放小车的启动、停止、复位、前进以及后退。

4 结束语

本文介绍了一种基于PLC控制的叶片主梁玻纤布自动铺放设备，利用PLC、触摸屏和伺服控制系统，实现了叶片主梁玻纤布的自动铺放。该设备已成功应用，相比传统人工铺放，极大地改善了叶片制造工艺，提高了风机叶片的加工质量。