UniMAT UN200系列PLC擴展模塊在熱壓機中的應用
引言
我國是世界上缺材少林國家之一，據專家預測，到2010年我國的木材消費需求將達到2.1億立方米，而缺口達6000萬立方米，其中人造板工業占相當大的消費比例，因此提高人造板生產效率意義重大。熱壓機作為人造板生產的關鍵設備，直接決定了生產效率及產品質量，而熱壓機性能的好壞又在很大程度上取決于其控制系統的優劣。針對現有熱壓機采用繼電接觸控制,使壓機的控制線路較為復雜、觸點太多而故障率高的問題，提出在熱壓機控制系統中采用PLC控制，可省去部分繼電器和閉鎖觸點，簡化控制線路，提高設備可靠性。PLC選CPU224 CN，后面帶上一個UniMAT的UN223模塊。
一、 基本工作原理
實驗熱壓機是木材加工工業、科研單位、高等院校等的實驗室設備之一，可作纖維板、刨花板、膠合板、表面裝飾板、塑料板等的熱壓實驗之用。除了加熱系統外，其工作特征和結構與生產型熱壓機基本相同。圖1為本文所研究的熱壓機結構簡圖。熱壓機上壓板2固定，正常工作時通過控制位于壓機底部的柱塞缸，使得柱塞5帶動下壓板4向上移動，將板坯壓實；經過熱壓處理后，柱塞5帶動下壓板4向下移動，到位后為下一次工作做準備。根據人造板生產工藝的要求，在壓機工作過程中，關鍵是位置控制和壓力控制，系統是通過比例流量閥來進行速度調節，進而實現位置控制。
二、PLC控制系統的設計思路
首先要滿足設備在生產中的可靠性。因原設備控制部分元件多，控制線復雜，排查故障非常困難，為此，可以考慮熱壓機油缸升降的控制部分采用PLC控制，在滿足要求的情況下，盡量減少輸入點和輸出點，使得整體設備可靠性提高；另外，考慮到設備檢修、保養和對新的板種的試生產，需要在控制線路中加入手動、自動轉換開關；在檢修時，為防止升起的壓板因誤操作發生位移，加裝了保護開關，當開關置于保護狀態，即使發生誤操作，因有電氣互鎖，也不至于使壓板發生下移。基于以上設計思路，根據壓機工作流程，確定了17個輸入點和14個輸出點，共31個點，采用CPU224產品（該產品有10個輸入點，10個輸出點）連接UN223（該產品有16個輸入點，16個輸出點）。結合該系列熱壓機特點，設計了控制線路，并編制了控制程序；輸入和輸出量編址見表1。 表1 膠合板熱壓機各輸入輸出編址
輸出地址 | 功能 | 輸入地址 | 功能 |
Q0.0 | 油泵電源 | I0.0 | 啟動 |
Q0.1 | Y輸出 | I0.1 | 停止 |
Q0.2 | △輸出 | I0.2 | 急停 |
Q0.3 | 1DT輸出 | I0.3 | 手動自動轉換 |
Q0.4 | 2DT輸出 | I0.4 | 手動上行 |
Q0.5 | 3DT輸出 | I0.5 | 機上位限 |
Q0.6 | 4DT輸出 | I0.6 | 小車啟動 |
Q0.7 | 5DT輸出 | I0.7 | 前進限位 |
Q1.0 | 6DT輸出 | I1.0 | 減速開關 |
Q1.1 | 正轉前進 | I1.1 | 后退限位 |
Q2.0 | 快速45Hz | I1.2 | 壓板開關 |
Q2.1 | 慢速25Hz | I1.3 | 手動下行 |
Q2.2 | 反轉后退 | I1.4 | 保護開關 |
Q2.3 | 去外部時間繼電器 | I1.5 | 壓力上限 |
I2.0 | 機下位限 | ||
I2.1 | 外部繼電器輸入 | ||
I2.2 | 壓力下限 |
3、工作原理與控制過程
以快速貼面壓機為例。該系列熱壓機共裝有4個油缸，油缸頂置，液壓油路需用6只電磁閥控制，因設計的熱壓機規格不同，油泵電機的功率從10～22 kW不等，為減小電機起動電流，設計為Y／△起動。膠合板板坯采用小車載入，小車承載部分可單方向運動，小車退出時板坯自動滑落在壓板上。小車驅動電機由變頻器控制，可實現小車快進、慢出。
圖2為快速貼面膠合板熱壓機工藝流程
控制油缸的電磁閥有6只，其中1只1DT為總進油閥；每2個油缸上部、下部油路各自并聯，分2組，每組各有1只上部進油閥3DT、5DT和1只下部進油閥2DT、4DT，還有一只總回油閥6DT。
油缸下部進油，柱塞上移；其上部進油，柱塞下移。即當1DT、2DT、4DT工作時，壓板上升，1DT、3DT、5DT工作，壓板下降并加壓；6DT工作時，油缸卸荷。液壓油泵用三相交流異步電動機驅動，為降低起動電流需要降壓，采用Y／△方式起動，轉換時間為2～5 s。油泵工作正常3 s時，壓板上升到位（設上限位開關）后，壓板停止上升；此時裝板小車載板坯快速進入，到達設定位置后，小車卸板坯并開始后退，碰到后退限位開關后停止后退。
在小車卸板后退的同時，壓板開始下降，當碰到下限位開關后，停止下降，開始保壓并計時，隨著油壓的升高，動、定壓板之間壓力增大，當達到設定上限壓力時，電接點壓力表上限開關斷開，停止加壓。由各組電磁閥自動控制熱壓時所需壓力，實現保壓直到熱壓結束，開始卸荷，3 s后壓板上升。由人工完成卸板。
為了安全起見，在控制線路中加裝轉換開關，在壓機上升控制電路中要加入保護裝置，當壓板上升到位時，手動合上此開關，檢修設備時不會因誤動作而使動壓板下降傷人。同時，在加壓保壓控制電路中，加入了超壓保護開關，目的是防止油壓達到壓力上限后繼續加壓。若超壓，此開關自動斷開，電磁閥失電關閉，停止加壓。當壓力下降到許可值時，此開關重新閉合，系統控制恢復正常。
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