我國是世界上缺材少林國家之一,據專(zhuān)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(wàn)立方米,其中人造板工業(yè)占相當大的消費比例,因此提高人造板生產(chǎn)效率意義重大。熱壓機作為人造板生產(chǎn)的關(guān)鍵設備,直接決定了生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)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(yōu)劣。針對現有熱壓機采用繼電接觸控制,使壓機的控制線(xiàn)路較為復雜、觸點(diǎn)太多而故障率高的問(wèn)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(diǎn),簡(jiǎn)化控制線(xiàn)路,提高設備可靠性。PLC選CPU224 CN,后面帶上一個(gè)UniMAT的UN223模塊。
一、 基本工作原理
實(shí)驗熱壓機是木材加工工業(yè)、科研單位、高等院校等的實(shí)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(shí)驗之用。除了加熱系統外,其工作特征和結構與生產(chǎn)型熱壓機基本相同。圖1為本文所研究的熱壓機結構簡(jiǎn)圖。熱壓機上壓板2固定,正常工作時(shí)通過(guò)控制位于壓機底部的柱塞缸,使得柱塞5帶動(dòng)下壓板4向上移動(dòng),將板坯壓實(shí);經(jīng)過(guò)熱壓處理后,柱塞5帶動(dòng)下壓板4向下移動(dòng),到位后為下一次工作做準備。根據人造板生產(chǎn)工藝的要求,在壓機工作過(guò)程中,關(guān)鍵是位置控制和壓力控制,系統是通過(guò)比例流量閥來(lái)進(jìn)行速度調節,進(jìn)而實(shí)現位置控制。

二、PLC控制系統的設計思路
首先要滿(mǎn)足設備在生產(chǎn)中的可靠性。因原設備控制部分元件多,控制線(xiàn)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(mǎn)足要求的情況下,盡量減少輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn),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(chǎn),需要在控制線(xiàn)路中加入手動(dòng)、自動(dòng)轉換開(kāi)關(guān);在檢修時(shí),為防止升起的壓板因誤操作發(fā)生位移,加裝了保護開(kāi)關(guān),當開(kāi)關(guān)置于保護狀態(tài),即使發(fā)生誤操作,因有電氣互鎖,也不至于使壓板發(fā)生下移?;谝陨显O計思路,根據壓機工作流程,確定了17個(gè)輸入點(diǎn)和14個(gè)輸出點(diǎn),共31個(gè)點(diǎn),采用CPU224產(chǎn)品(該產(chǎn)品有10個(gè)輸入點(diǎn),10個(gè)輸出點(diǎn))連接UN223(該產(chǎn)品有16個(gè)輸入點(diǎn),16個(gè)輸出點(diǎn))。結合該系列熱壓機特點(diǎn),設計了控制線(xiàn)路,并編制了控制程序;輸入和輸出量編址見(jiàn)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(dòng) |
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(dòng)自動(dòng)轉換 |
Q0.4 |
2DT輸出 |
I0.4 |
手動(dòng)上行 |
Q0.5 |
3DT輸出 |
I0.5 |
機上位限 |
Q0.6 |
4DT輸出 |
I0.6 |
小車(chē)啟動(dòng) |
Q0.7 |
5DT輸出 |
I0.7 |
前進(jìn)限位 |
Q1.0 |
6DT輸出 |
I1.0 |
減速開(kāi)關(guān) |
Q1.1 |
正轉前進(jìn) |
I1.1 |
后退限位 |
Q2.0 |
快速45Hz |
I1.2 |
壓板開(kāi)關(guān) |
Q2.1 |
慢速25Hz |
I1.3 |
手動(dòng)下行 |
Q2.2 |
反轉后退 |
I1.4 |
保護開(kāi)關(guān) |
Q2.3 |
去外部時(shí)間繼電器 |
I1.5 |
壓力上限 |
|
|
I2.0 |
機下位限 |
|
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I2.1 |
外部繼電器輸入 |
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I2.2 |
壓力下限 |
3、工作原理與控制過(guò)程
以快速貼面壓機為例。該系列熱壓機共裝有4個(gè)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(dòng)電流,設計為Y/△起動(dòng)。膠合板板坯采用小車(chē)載入,小車(chē)承載部分可單方向運動(dòng),小車(chē)退出時(shí)板坯自動(dòng)滑落在壓板上。小車(chē)驅動(dòng)電機由變頻器控制,可實(shí)現小車(chē)快進(jìn)、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(jìn)油閥;每2個(gè)油缸上部、下部油路各自并聯(lián),分2組,每組各有1只上部進(jìn)油閥3DT、5DT和1只下部進(jìn)油閥2DT、4DT,還有一只總回油閥6DT。
油缸下部進(jìn)油,柱塞上移;其上部進(jìn)油,柱塞下移。即當1DT、2DT、4DT工作時(shí),壓板上升,1DT、3DT、5DT工作,壓板下降并加壓;6DT工作時(shí),油缸卸荷。液壓油泵用三相交流異步電動(dòng)機驅動(dòng),為降低起動(dòng)電流需要降壓,采用Y/△方式起動(dòng),轉換時(shí)間為2~5 s。油泵工作正常3 s時(shí),壓板上升到位(設上限位開(kāi)關(guān))后,壓板停止上升;此時(shí)裝板小車(chē)載板坯快速進(jìn)入,到達設定位置后,小車(chē)卸板坯并開(kāi)始后退,碰到后退限位開(kāi)關(guān)后停止后退。
在小車(chē)卸板后退的同時(shí),壓板開(kāi)始下降,當碰到下限位開(kāi)關(guān)后,停止下降,開(kāi)始保壓并計時(shí),隨著(zhù)油壓的升高,動(dòng)、定壓板之間壓力增大,當達到設定上限壓力時(shí),電接點(diǎn)壓力表上限開(kāi)關(guān)斷開(kāi),停止加壓。由各組電磁閥自動(dòng)控制熱壓時(shí)所需壓力,實(shí)現保壓直到熱壓結束,開(kāi)始卸荷,3 s后壓板上升。由人工完成卸板。
為了安全起見(jiàn),在控制線(xiàn)路中加裝轉換開(kāi)關(guān),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(shí),手動(dòng)合上此開(kāi)關(guān),檢修設備時(shí)不會(huì )因誤動(dòng)作而使動(dòng)壓板下降傷人。同時(shí),在加壓保壓控制電路中,加入了超壓保護開(kāi)關(guān),目的是防止油壓達到壓力上限后繼續加壓。若超壓,此開(kāi)關(guān)自動(dòng)斷開(kāi),電磁閥失電關(guān)閉,停止加壓。當壓力下降到許可值時(shí),此開(kāi)關(guān)重新閉合,系統控制恢復正常。