一、 引言：陶瓷业印花机的主要作用是将半成品瓷砖砖坯经过施釉后，在砖坯上印上各式各样的图案，以利于砖坯的进一步处理。印花工序的高效和稳定直接影响着生产进度和效益。目前，国内的印花机大多是由单片机控制，配合变频器调速完成全部工作。本改造方案中的印花机使用多年后故障明显增多，由于单片机抗干饶能力弱，对技术员的要求高，故决定对其进行改造。
二、 解决方案
可编和序控制器（plc）近年来发展极为迅速，应用面极广，它具有功能齐全、便用方便、便于维修、可靠性高、抗干饶能力强等特点，在各行各业得到广泛应用。本文正是基于以上背景，在原有设备基础上，去掉单片机控制板，新增omron cpm2a可编程序控制器和omron nt5z人机界面各一台，利用plc控制，完成印花机刮刀动作、网板的升降、砖坯的进、出和几个气阀的控制任务。人机界面的作用是对设备的运行进行监控、显示和修改参数，发送控制命令以及对报警的显示处理等。
本方案采用omron cpm2a plc,输出形式为晶体管型，配合外部人机界面和变频器，搭建控制糸统，具有可靠性高、使用和操作方便、外围设备少、抗干饶能力强等特点。
三、 控制要求及性能
1、手动操作：能在手动状态令步进电机进砖、网板升降、印花刮刀进退等动作，以利于检查机械传动机构是否正常工作；当需要手动擦拭网板时，只要在人机界面上按下相关按钮就可实现。
2、自动状态：设备在正常状态，处于初始位置，当检测到砖到位信号后，启动步进电机进砖，把砖坯输送到印花工位；同时令刮刀电机动作，把釉料均匀分布在网板上。进砖完毕及刮刀动作到印花工位，网板下降、刮刀电机匀速后退，完成印花的一个循环。
3、变频器：在印花过程中，通过调整变频器速度以获得最佳印花效果。
4、步进电机驱动器及步进电机：为了减少砖坯运行过程中的误差，使用了plc的脉冲加减速功能，使砖坯实现平稳定位，准确停留在印花工位。
5、人机界面：应能在人机界面上显示各相关参数，可以修改砖坯设定尺寸、步进电机加减速曲线、刮刀电机加减速曲线以及启动和停止印花机。当刮刀电机过载、变频器报警、印花机运行中异常，均能在人机界面上显示出来，方便维修人员快速查找故障。
四、 糸统组成
（一）糸统组成图如下：
 

（二）糸统设计
1、流程图
 

2、i/o点分配
输入点：
000：高速计数输入
001：空
002：空
003：网板下位接近开关
004：刮刀后位接近开关
005：砖坯到位检测光电开关
006：变频器报警输入
007：外部电源正常信号输入
输出点：
1000：高速脉冲输出
1001：空
1002：步进电机fwd方向
1003：刮刀前进
1004：刮刀后退
1005：刮刀减速
1006：刮刀气阀
1007：网板升降气阀
1100：擦拭网板长升降气阀
3、应用程序
1）高速计数器：本糸统中，编码器采用增量型，每转发出100个脉冲。在plc的糸统设置中，设置高速计数器工作模式为：递增，软件复位。采用计数-查看中断方式实现位置判断。在对高速计数器的初使化过程中，应手动令刮刀电机运行一个行程，取得刮刀运行一周需要的总脉冲数，并把总脉冲数存在hr5、hr6通道中，为以后的刮刀运行加、减速位置叛断提供依据（如下图）。图中hr200为手动运行使能触点，仅在花机第一次运行中动作。
 

2）高速脉冲输出：设置脉冲0的当前坐标糸统为相对坐标糸统。有本方案中，使用带有梯形加、减速曲线的脉冲输出方式，使砖坯准确到达指定印花工位。在初使化程序中，设置好输出脉冲总数、脉部的启动频率和加减速变化率。（如下图）
 

3）人机界面：设置nt5z通讯方式为：rs232c，通讯格式为：9600，e，7，2。设置人机界面的站号为0。以上设置必须与plc的设置相对应。人机界面设计有三个画面，一个是自动运行画面，第二是参数修改画面，第三个是报警显示画面。
自动屏：该屏可以启动印花机，可以切换到手动屏和参数屏。还能监控输入点和输出点的动作状态。在该屏底部设置有一个走马灯，当印花机出现故障后，故障信息会从右至左显示出来。（如下图）
 

手动屏：在该屏，可以手动运行各气阀和步进电机，调整各机械机构性性能。（如下图）
 

参数屏：在该屏，可以设置各参数，方便操作人员调整印花工艺。通过设置砖尺寸获得步进电机的总行程，通过设置步进电机初速度、终速度、加速度，可以获得完美的步进电机运动曲线；通过设置第一、二、三、四角度点，可以获得刮刀的运动曲线，使刮刀平稳的运行（如下图）。
 

五、结束语
本方案提出了使用plc、人机界面、步进电机对印花机的改造方案。用plc搭建的控制糸统，不仅实现了对印花机的自动化控制，提高了糸统可靠性和抗干饶能力，而且降低了设备的维修费用，打破了制造厂家的技术垄断，降低了对技术人员的要求。因此，该糸统具有一定的推广价值。本糸统只是对plc、人机界面、步进电机搭建糸统的初步探讨，在此设计基础上，还可以使用伺服电机作为皮带的驱动，实现更加优良的定位效果。此外，还可以增加da模块，取代变频器的多段速功能，实现对刮刀电机的无级调速。

参考资料
《cpm1a-2a-2ah-2c编程手册》
《三菱fr-e540变频器用户手册》
《可编程序控制器应用应用技术与设计实例》人民邮电出版社 高钦和主编

作者单位：广东省唯美陶瓷有限公司
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