CN110328823A - 用于双管发泡管材生产线的辅机控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于双管发泡管材生产线的辅机控制系统，包括HMI单元，能够接收用户输入的参数信息；多个牵引控制器，用于与管材牵引设备的多个牵引电机一一对应控制连接；一对切割控制器，用于与飞刀切割机的一对切割电机分别控制连接；一对计长装置，用于测量双管发泡管材生产线的管材出管长度；PLC控制器，与HMI单元、多个牵引控制器、一对切割控制器分别通讯连接，PLC控制器能够基于用户输入的参数信息来控制多个牵引控制器、一对切割控制器分别工作，基于一对计长装置的检测信号来分别控制一对切割电机工作。这种一对一的闭环控制方式在控制精度上更高，更便于调节，且采用飞刀切割机，取消了行走电机或者行走气缸的结构，能够保证产品质量。

Description

用于双管发泡管材生产线的辅机控制系统

技术领域

本发明涉及双管发泡管材辅机控制技术领域，特别涉及一种用于双管发泡管材生产线的控制系统。

背景技术

双管发泡管材生产线的辅机主要包括牵引设备和切割设备，牵引设备通常包括两台牵引机，该两台牵引机分别用于牵引双管发泡管材挤出机挤出模具两侧出口的出管管材，每台牵引机包括两台牵引电机，每两台牵引电机用于驱动一对牵引爪带动发泡管材向前移动，一对牵引爪通过丝杆调节压紧发泡管材，带动发泡管材沿出管方向行进。切割设备通常采用抬刀切割机，抬刀切割机的切割机台采用行走气缸驱动沿管材出管方向行进，切割机台上安装抬刀气缸、切割电机、切割刀以及用于夹紧管材的夹紧机构，夹紧机构包括一对夹块和用于驱动该对夹块动作的夹紧气缸。

传统的双管发泡管材生产线采用两台变频控制器分别控制牵引机，每台变频器控制单边的两爪牵引机上的牵引电机，例如，变频器1控制牵引电机M1和牵引电机M2；变频器2控制牵引电机M3和牵引电机M4；牵引电机M1和牵引电机M2分别带动左边牵引机的两个牵引爪行进，牵引电机M3和牵引电机M4分别带动右边牵引机的两个牵引爪行进。由于一台变频器控制两个牵引电机执行动作，再通过两个电机带动两个牵引爪行进，这种开环控制方式很难保证这两个牵引电机能够同步运行，加之机械加工误差，牵引电机的转速通过传动机构传递至牵引爪上，从而驱动牵引爪行进，一对牵引爪也很难保证同步行进，当一对牵引爪出现不同步行进的情况时，即出现一个牵引爪在向前拉发泡管材，而另一个牵引爪在向后拖拽发泡管材的情形，易导致发泡管材被拉伸变形，影响产品质量。

由于传统的双管发泡管材生产线的挤出模具出口的出料不均匀导致左右两边的发泡管材出管速度不一致，需要根据发泡管材的出管速度来对左右两边的牵引爪的牵引速度作出调整，牵引爪速度过快，则易产生发泡管材拉伸变形，牵引爪速度过慢，则易产生发泡管材挤压变形。由于变频器的开环控制方式，在牵引电机牵引速度的调节上容易出现滞后性，且速度的精准度也不太好把控。

传统的发泡管材生产线采用抬刀切割机来切割发泡管材，当抬刀切割机检测到切割信号时，夹块先在夹紧气缸的驱动作用下对发泡管材夹紧，然后行走气缸带动整个切割机台沿出管方向行走，同时抬刀气缸抬起刀片切割发泡管材。由于切割机台的行走是靠行走气缸来驱动的，需要达到发泡管材的出管速度才能保证管材的切割质量，而行走气缸的行走速度是行程式的，难以把控，因此很难保证切割机台的行走速度与发泡管材的出管速度保持一致。这样一来，切割机台的行走速度与发泡管材的出管速度不一致，发泡管材的切口不平整，影响产品质量。

传统的发泡管材生产线在发泡管材切断后直接掉落在地面上或是堆垛在堆料架上，需要工人及时清点和整理，无法实时获悉生产线生产了多少发泡管材，带来生产上不便利。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种控制精度更高、产品质量更好的用于双管发泡管材生产线的辅机控制系统。

为了实现上述发明的目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于双管发泡管材生产线的辅机控制系统，包括：

HMI单元，能够接收用户输入的参数信息；

多个牵引控制器，用于与管材牵引设备的多个牵引电机一一对应控制连接，以分别调节各牵引电机的转速；

一对切割控制器，用于与飞刀切割机的一对切割电机分别控制连接，以分别调节各个切割电机的转速；

一对计长装置，用于测量双管发泡管材生产线的管材出管长度；

PLC控制器，与所述的HMI单元、多个所述的牵引控制器、一对所述的切割控制器、所述的计长装置分别通讯连接，所述的PLC控制器与一对所述的计长装置分别信号连接，所述的PLC控制器能够基于用户输入的参数信息来控制多个所述的牵引控制器、一对所述的切割控制器分别工作，所述的PLC控制器能够基于所述的计长装置的检测信号来分别控制一对所述的切割电机工作。

上述技术方案中，优选的，还包括一对用于计数双管发泡管材生产线的管材出管个数的计数传感器，所述的PLC控制器与一对所述的计数传感器分别信号连接。

上述技术方案中，优选的，所述的PLC控制器通过Modbus通讯线与多个所述的牵引控制器、一对所述的切割控制器分别通讯连接。

上述技术方案中，优选的，所述的PLC控制器通过以太网网线与所述的HMI单元通讯连接。

上述技术方案中，优选的，多个所述的牵引控制器与一对所述的切割控制器均为伺服驱动器。

上述技术方案中，优选的，一对所述的计数传感器均为光电传感器或光电开关。

本发明通过设置多个牵引控制器、一对切割控制器以及PLC控制器，多个牵引控制器与管材牵引设备的多个牵引电机一一对应控制连接，一对切割控制器与飞刀切割机的切割电机分别控制连接，这种一对一的闭环控制方式在控制精度上更高，更便于调节，且利用飞刀切割机的快速响应，取消了行走电机或者行走气缸的结构，能够保证产品质量。

附图说明

图1是本发明的控制原理示意图；

其中：11、HMI单元；12、牵引控制器；13、切割控制器；14、PLC控制器；15、计数传感器；16、以太网网线；17、Modbus通讯线；21牵引电机；22、计长装置；23、切割电机。

具体实施方式

为详细说明发明的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合实施例并配合附图予以详细说明。其中，本实施例中所述的牵引电机、行走电机以及切割电机等电机类的结构均以符号M来表示，并辅以数字来区分，所述的牵引控制器、切割控制器均为伺服驱动器的结构，均以符号U来表示，并辅以数字来区分。

如图1所示，用于双管发泡管材生产线的辅机控制系统包括HMI单元11、多个牵引控制器12、一对切割控制器13、一对计长装置22、一对计数传感器15以及PLC控制器14。

PLC控制器14选用S7200 SmartPLC，其型号为6ES7214-1AG40。该类PLC控制器带有以太网口和485通讯口，用户在使用时只需将自己编写的控制程序下载到S7200SmartPLC中，然后在HMI里添加相对应的地址，在PCL里编写程序，即可在屏幕上控制每个牵引伺服驱动器的速度。在使用时，先要初始化主站，调用MBUS_CTRL指令，设置好通讯模式，波特率，校验方式，超时时间，其次要调用MBUS_MSG指令，用于启动对Modbus从站的请求并处理应答。当EN输入和"首次"输入打开时，BUS_MSG指令启动对Modbus从站的请求。发送请求、等待应答、并处理应答通常需要多次扫描。EN输入必须打开以启用请求的发送，并应该保持打开直到"完成"位被置位。一次只能激活一条MBUS_MSG指令。如果启用了多条MBUS_MSG指令，则将处理所执行的第一条MBUS_MSG指令，之后的所有MBUS_MSG指令将中止并产生错误代码6。"从站"参数是Modbus从站的地址。允许的范围是1到247。也就是说从站站号为1-247，且不能重复。以上所述关于PLC控制器内具体参数的设置为本领域技术人员公知的技术知识，旨在理解本发明，不做赘述。

Modbus通讯线是连接PLC和各个现场设备的通讯介质，Modbus可以使用ASCII模式或RTU模式，本案中采用的是RTU模式，该模式的主要优点是在相同的波特率下其传输的字符的密度高于ASCII模式，每个信息必须连续传输。

HMI单元11能够接收用户输入的参数信息，HMI单元11通常可选用触摸屏和按键屏，最好是触摸屏，例如西门子触摸屏。HMI单元11通过以太网网线与PLC控制器14通讯连接，HMI单元11能够将上述的参数信息以及各设备的运行状况信息实时输出显示，以供用户监测和作出工艺调整。以太网网线优选带屏蔽的网线。

多个牵引控制器12，用于与管材牵引设备的多个牵引电机一一对应控制连接，调节各牵引电机的转速。多个牵引控制器12均以符号U来表示并辅以数字来区分，分别为第一牵引控制器U1、第二牵引控制器U2、第三牵引控制器U3和第四牵引控制器U4。其中，第一牵引控制器U1与管材牵引设备的第一牵引电机M1控制连接，第二牵引控制器U2与管材牵引设备的第二牵引电机M2控制连接，第三牵引控制器U3与管材牵引设备的第三牵引电机M3控制连接，第四牵引控制器U3与管材牵引设备的第四牵引电机M4控制连接。且上述所述的第一牵引控制器U1、第二牵引控制器U2、第三牵引控制器U3以及第四牵引控制器U4分别通过Modbus通讯线与PLC控制器14通讯连接。具体的，多个牵引控制器为带有Modbus RTU通讯协议的牵引伺服驱动器，在进行通讯控制的时候，需要设置牵引伺服驱动器的参数，包括牵引伺服驱动器的通讯站号，牵引伺服驱动器的通讯波特率，牵引伺服驱动器的通讯校验方式。这些参数要与PLC里定义的对应起来。

一对切割控制器13，用于与飞刀切割机的一对切割电机23分别控制连接，分别调节该对切割电机23的转速。采用飞刀切割机来替代现有技术中已知的抬刀切割机,取消了行走气缸或行走电机驱动的结构,将该对飞刀切割机分别固定安装在双管发泡管材生产线挤出模具的出料口处,由于飞刀切割机动作响应时间较短,因此,切割速度较快,当管材达到设定长度时,飞刀切割机能够在较短的时间内(一般情况下为100ms以内)将管材切断,几乎不用沿管材出管方向行走，不易对管材造成切口不平整等缺陷。一对切割控制器13均选用伺服驱动器。一对切割控制器13均以符号U来表示并辅以数字来区分，分别为第一切割控制器U5和第二切割控制器U6。一对切割电机23等电机类结构均以符号M来表示并辅以数字来区分，即M5和M6。其中，第一切割控制器U5与飞刀切割机的第一切割电机M5控制连接，第二切割控制器U6与飞刀切割机的第二切割电机M6控制连接。且上述所述的第一切割控制器U5和第二切割控制器U6分别通过Modbus通讯线与PLC控制器14通讯连接。具体的，一对切割控制器为带有Modbus RTU通讯协议的飞刀切割机伺服驱动器，在进行通讯控制的时候，需要设置飞刀切割机伺服驱动器的参数，包括飞刀切割机伺服驱动器的通讯站号（此站号要与牵引伺服驱动器的站号不同），飞刀切割机伺服驱动器的通讯波特率（此通讯波特率要与牵引伺服驱动器的通讯波特率一致），飞刀切割机伺服驱动器的通讯校验方式（此通讯校验方式要与牵引伺服驱动器的通讯校验方式一致）。这些参数要与PLC里定义的对应起来。

一对计数传感器15用于计数双管发泡管材生产线的出管个数。一对计数传感器15分别与PLC控制器14信号连接，其能够将检测信息发送至PLC控制器14，最后通过HMI单元11输出显示，以供用户监测，方便统计该生产线生产的发泡管材的数量。PLC控制器14能够基于用户通过HMI单元11输入的参数信息来控制多个牵引控制器12、一对切割控制器13以及一对计数传感器15分别工作。一对计数传感器15为可以检测发泡管材的光电传感器或光电开关，当光电传感器检测到发泡管时，在屏幕上管材计数加1，由此可在屏幕直接查看当前已经生产的发泡管材数量。

一对计长装置22，用于测量双管发泡管材生产线上的挤出模具的管材出管长度，各个计长装置22用于检测相应管材出管长度，两计长装置22分别与PLC控制器14信号连接，并能够将检测的管材长度信息以信号的形式发送给PLC控制器14，以便于PLC控制器14分别控制一对切割电机23工作。其中，第一计长装置能够将检测的第一根管材的长度信息反馈给PLC控制器，以便于PLC控制器单独控制第一切割电机工作；第二计长装置能够将检测的第二根管材的长度信息反馈给PLC控制器，以便于PLC控制器单独控制第二切割电机工作。

本发明的工作原理为，①首先分别启动管材牵引设备的第一牵引电机M1、第二牵引电机M2以及第三牵引电机M3、第四牵引电机M4，由于第一牵引电机M1和第二牵引电机M2同时牵引一根管材，第三牵引电机M3和第四牵引电机M4同时牵引另一根管材，因此，第一牵引电机M1和第二牵引电机M2由同一个启动信号控制启动，第三牵引电机M3和第四牵引电机M4由同一个启动信号控制启动；②在HMI单元11输入总的生产速度a；③分别单独地设置每个牵引电机的比例b1、b2、b3、b4（默认比例为1.0）；④则每个牵引电机的实际给定速度分别为c1=a*b1，c2=a*b2，c3=a*b3，c4=a*b4；⑤观察每个牵引电机的速度，如果发现牵引电机速度不一致，可以通过调整比例b1,b2,b3,b4来调整牵引电机的速度，如此能够保证作用于同一根管材的牵引爪速度保持一致，同时第一牵引电机M1、第二牵引电机M2以及第三牵引电机M3、第四牵引电机M4又能够与管材的出管速度保持一致；⑥经过牵引电机牵引之后的管材通过生产线上的一对计长装置22，当达到设定的长度要求之后，一对计长装置22分别向PLC控制器14发送相应管材长度信息的检测信号，PLC控制器14再向飞刀切割机的一对切割电机23分别发送控制信号，飞刀切割机快速响应（在100ms以内），通过该对切割电机23各自带动刀片的高速旋转来分别切断管材，如此既保证了管材的切割长度准确，又保证了管材断面的平整。

切断之后的管材落在生产线的输送带上，当经过两个光电传感器时，光电传感器将检测信号传送给PLC控制器，同时使管材落入指定的管材收集区。PLC控制器计算使已经生产的管材数量加1，可在屏幕上直接查看已经生产的管材数量。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于双管发泡管材生产线的辅机控制系统，其特征在于，包括：

HMI单元（11），能够接收用户输入的参数信息；

多个牵引控制器（12），用于与管材牵引设备的多个牵引电机（21）一一对应控制连接，以分别调节各牵引电机（21）的转速；

一对切割控制器（13），用于与飞刀切割机的一对切割电机（23）分别控制连接，以分别调节各个切割电机（23）的转速；

一对计长装置（22），用于测量双管发泡管材生产线的管材出管长度；

PLC控制器（14），与所述的HMI单元（11）、多个所述的牵引控制器（12）、一对所述的切割控制器（13）分别通讯连接，所述的PLC控制器（14）与一对所述的计长装置（22）分别信号连接，所述的PLC控制器（14）能够基于用户输入的参数信息来控制多个所述的牵引控制器（12）、一对所述的切割控制器（13）分别工作，所述的PLC控制器能够基于一对所述的计长装置（22）的检测信号来分别控制一对所述的切割电机（23）工作。

2.根据权利要求1所述的用于双管发泡管材生产线的辅机控制系统，其特征在于：还包括一对用于计数双管发泡管材生产线的管材出管个数的计数传感器（15），所述的PLC控制器（14）与一对所述的计数传感器（15）分别信号连接。

3.根据权利要求1所述的用于双管发泡管材生产线的辅机控制系统，其特征在于：所述的PLC控制器（14）通过Modbus通讯线（17）与多个所述的牵引控制器（12）、一对所述的切割控制器（13）分别通讯连接。

4.根据权利要求1所述的用于双管发泡管材生产线的辅机控制系统，其特征在于：所述的PLC控制器（14）通过以太网网线（16）与所述的HMI单元（11）通讯连接。

5.根据权利要求1所述的用于双管发泡管材生产线的辅机控制系统，其特征在于：多个所述的牵引控制器（12）与一对所述的切割控制器（13）均为伺服驱动器。

6.根据权利要求2所述的用于双管发泡管材生产线的辅机控制系统，其特征在于：一对所述的计数传感器（15）均为光电传感器或光电开关。