基于UN223模塊和CPU224CN實現(xiàn)實驗熱壓機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計

我國是世界上缺材少林國家之一，據(jù)專家預(yù)測，到2010年我國的木材消費需求將達(dá)到2.1億立方米，而缺口達(dá)6000萬立方米，其中人造板工業(yè)占相當(dāng)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(jī)作為人造板生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，直接決定了生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量，而熱壓機(jī)性能的好壞又在很大程度上取決于其控制系統(tǒng)的優(yōu)劣。針對現(xiàn)有熱壓機(jī)采用繼電接觸控制，使壓機(jī)的控制線路較為復(fù)雜、觸點太多而故障率高的問題，提出在熱壓機(jī)控制系統(tǒng)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(shè)備可靠性。PLC選CPU224CN，后面帶上一個UniMAT的UN223模塊。

一、基本工作原理

實驗熱壓機(jī)是木材加工工業(yè)、科研單位、高等院校等的實驗室設(shè)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(tǒng)外，其工作特征和結(jié)構(gòu)與生產(chǎn)型熱壓機(jī)基本相同。圖1為本文所研究的熱壓機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖。熱壓機(jī)上壓板2固定，正常工作時通過控制位于壓機(jī)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(jīng)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(zhǔn)備。根據(jù)人造板生產(chǎn)工藝的要求，在壓機(jī)工作過程中，關(guān)鍵是位置控制和壓力控制，系統(tǒng)是通過比例流量閥來進(jìn)行速度調(diào)節(jié)，進(jìn)而實現(xiàn)位置控制。

二、PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計思路

首先要滿足設(shè)備在生產(chǎn)中的可靠性。因原設(shè)備控制部分元件多，控制線復(fù)雜，排查故障非常困難，為此，可以考慮熱壓機(jī)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(shè)備可靠性提高；另外，考慮到設(shè)備檢修、保養(yǎng)和對新的板種的試生產(chǎn)，需要在控制線路中加入手動、自動轉(zhuǎn)換開關(guān)；在檢修時，為防止升起的壓板因誤操作發(fā)生位移，加裝了保護(hù)開關(guān)，當(dāng)開關(guān)置于保護(hù)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(shè)計思路，根據(jù)壓機(jī)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(chǎn)品（該產(chǎn)品有10個輸入點，10個輸出點）連接UN223（該產(chǎn)品有16個輸入點，16個輸出點）。結(jié)合該系列熱壓機(jī)特點，設(shè)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(jī)各輸入輸出編址

三、工作原理與控制過程

以快速貼面壓機(jī)為例。該系列熱壓機(jī)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(shè)計的熱壓機(jī)規(guī)格不同，油泵電機(jī)的功率從10～22 kW不等，為減小電機(jī)起動電流，設(shè)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(qū)動電機(jī)由變頻器控制，可實現(xiàn)小車快進(jìn)、慢出。

圖2為快速貼面膠合板熱壓機(jī)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(dāng)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(jī)驅(qū)動，為降低起動電流需要降壓，采用Y／△方式起動，轉(zhuǎn)換時間為2～5 s。油泵工作正常3 s時，壓板上升到位（設(shè)上限位開關(guān)）后，壓板停止上升；此時裝板小車載板坯快速進(jìn)入，到達(dá)設(shè)定位置后，小車卸板坯并開始后退，碰到后退限位開關(guān)后停止后退。

在小車卸板后退的同時，壓板開始下降，當(dāng)碰到下限位開關(guān)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(dāng)達(dá)到設(shè)定上限壓力時，電接點壓力表上限開關(guān)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(xiàn)保壓直到熱壓結(jié)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(zhuǎn)換開關(guān)，在壓機(jī)上升控制電路中要加入保護(hù)裝置，當(dāng)壓板上升到位時，手動合上此開關(guān)，檢修設(shè)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(hù)開關(guān)，目的是防止油壓達(dá)到壓力上限后繼續(xù)加壓。若超壓，此開關(guān)自動斷開，電磁閥失電關(guān)閉，停止加壓。當(dāng)壓力下降到許可值時，此開關(guān)重新閉合，系統(tǒng)控制恢復(fù)正常。

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