基于PLC的管材捆扎机控制系统设计

刘丕孝 刘黎

摘要：管材包装是一个管材制造的延续，必须保证完整的成品数量和运输途中管材产品质量完好的措施和方法。然而打捆包装是必要的，因为完成管材产品制造生产的最后一到工序就是进行打捆包装。为了满足国内管材企业对提高产品包装要求，我针对全自动管材打捆机做了以下研究，并取得了一些成果。这里管材捆扎主要以西门子的S7-200系列的PLC为核心做控制系统。

关键词：捆扎机;管材;PLC;控制系统

1引言

管材捆扎機课题是一个实用性很强且具有广泛应用前景的科研项目，集机械、电气、气动技术以及计算机自动化控制为一体的高技术设备。本设计综合了管材捆扎机的可靠性、维修方便、以及操作简单的要求，满足工业化要求的可靠性[1]。管材捆扎机是在于前置装置配套下使用，实现了无人工操作管理，在解放劳动力的同时还提高了生产效率，在国内外市场上的到广泛的应用[2]。

2管材捆扎机控制系统的工作流程

管材捆扎机控制系统采用塑料薄膜作为捆扎材料，打捆过程使用环绕式缠绕的方式进行捆扎作业，打捆机头在电动机的驱动下，打捆机头在导带通路的给定路线内对码放好的管材进行环绕式捆扎动作，蓄带系统送带，捆扎开始，捆扎完毕后，蓄带系统收带，收紧完毕后，裁刀裁切，裁切完毕后，以往工序复位，等待下一信号到来。管材捆扎机工作流程图，如图1所示。

3管材捆扎机控制系统的硬件设计

3.1硬件选型

3.1.1主控制器的选型

考虑到所需I/O端口数量，因此采用西门子S7-200PLC的CPU226型号作为本设计的主控制器[3]。

3.1.2电动机的选型

参考专业书籍以及查阅想关资料，本设计采用的三相异步电动机型号为TCPS-7114250WB14[4]。

3.1.3感应探测器的选型

结合工业化设备的使用要求，参考光电传感器的参数性能，本设计选用对射式光电开关，结构简单，响应时间短，安装方便，型号为ST4Z-D60N，检测距离为0-450mm。

4管材捆扎机控制系统的软件设计

4.1I/O端口分配

编写PLC程序的前提就是要分配好I/O端口，也是现场接线安装和调试的重要依据[5]。根据管材捆扎机控制系统的控制要求，完成I/O端口的分配，管材捆扎机控制系统的I/O端口分配表，如表1所示。

4.2程序设计

在此次设计过程中，使用V4.0STEP7MicroWINSP9软件进行编写管材捆扎机控制系统的程序。

管材捆扎机控制系统的启动和停止程序：管材捆扎机控制系统的启动和停止程序，I0.0闭合，Q0.0得电，系统启动，I0.1断开，系统停止。

急停程序：急停程序，程序运行过程中，I0.3闭合，Q0.1得电，系统停止。同理，Q0.6闭合，Q0.1得电，系统停止。I0.2断开，Q0.1断电，程序复位。

故障检测程序：故障提示程序，程序运行过程中，I1.2闭合，Q0.6得电，系统报警并停止，I1.3闭合，Q0.6得电，系统报警并停止。

缠绕带检测程序：捆扎材料有无提示程序，程序运行时，I1.1断开，Q0.2断电，塑料膜有料。I1.1闭合，Q0.2得电，塑料膜无料报警，无法进行捆扎作业。

送料程序：检测捆扎作业是否可以进行程序，程序运行时，I0.4闭合，Q0.4得电，传送带启动。

捆扎程序：捆扎程序，程序运行时，当确认一切正常的情况下，I0.5闭合，I0.6闭合，Q0.5得电，缠绕机运行，进行捆扎作业。

捆扎完毕，裁切程序：裁切程序，程序运行时，缠绕机停止工作后，Q0.5闭合，I1.0闭合Q0.3得电，开始进行裁切。

裁切质量保障程序：为了保证裁切质量，Q0.3闭合，设定裁切三秒，并且裁切到给定位置。

裁刀复位程序：裁切完毕后，T37闭合，使裁刀复位。

5总结

高效、经济、节能、环保是本设计突出优势，实现管材的自动化包装缠带，节省了以往套膜、除膜、缠膜三道人工工序，极大提高了生产效率，节省了劳力成本，有效避免了材料浪费，同时又减少了白色污染，从而提高了经济效率和社会效益。本设计侧重于理论设计，缺少现场调试。要想真正达到工业化标准要求，设计一个稳定可靠、安全、操作简单的系统还要考虑到更多的问题，必须结合现场的实际情况来确定。本设计的管材捆扎机控制系统还没有达到真正的自动化，还需要很多新功能，最终解放劳动力，走向质量与高效的全自动的生产控制。

参考文献

[1]张磊.捆扎机学习与自适应控制系统研析[J].工业C，2018，（10）：62-63.

[2]徐彩秀.PLC在机电一体化生产系统中的运用[J].科技创新与应用，2021， （8）：273.

[3]吴新友.基于西门子S7-200PLC实训装置设计[J].科学技术创新，2021， （4）：186-187.

[4]黎文安.电气设备手册（第2版）[M].中国水利水电出版社，2016.

[5]刘太彪.PLC在电气设备自动控制系统中的设计与应用[J]，居舍，2018， （2）：197.