摘要：根据拼板机工作原理和拼板加工流程要求，采用触摸屏和PLC作为主控制器件，设计了手动和自动控制电路，编制了控制程序，设计了触摸屏工作界面，并进行了调试，通过实际生产使用，手动和自动控制转换自如，使用方便，生产效率高，达到了满意效果,可以推向市场。键词关键词
关键词：高频拼板机；触摸屏；程序控制
Abstract：According to the working principle of the tailor plate machine and the requirements of the processing flow of the tailor board, the touch screen and PLC are used as the main control device, the manual and automatic control circuits are designed, the control program is compiled, the touch screen working interface is designed, and the debugging is carried out. The manual and automatic control conversion is easy and convenient to use through the actual production. The production efficiency is high, and the satisfactory results are achieved,It can be pushed to the market.
Keywords: high frequency board machine; touch screen; program control
山东省临沂市为全国规模最大的人造板生厂基地，产量占据全国产量的很大一部分，厂家主要集中在兰山区，其他县区也很多，所以需要大量木工机械，近年来，因广大消费者观念的改变，对家具要求环保、美观、耐用、上档次，所以实木板市场越来越大，拼板就是其中的一种，随之而来对拼板机的需求随之增加，为占有当地高频拼板机市场，临沂兰山某木工机械厂邀请我们共同研制高频拼板机，并力求安全可靠、经济、耐用，并及时推向市场推。
1 研究方法
研发团队首先研究了拼板机的工作原理、工作流程、设备容量、使用环境和条件，然后根据需要合理选取所用电器元件、控制器件，并不断改进电路设计、程序设计，确定合理的PLC和触摸屏的选择原则[1]，使所设计的控制方式和控制电路能够很好地符合生产需要。
高频拼板机工作原理：高频拼板机采用高频介质加热发生器实现加热，加快胶合过程，采用带有垂直压力（保证平整）和侧向压力（拼接压力）的拼接平台实现拼接，并配备推车送料台和滚轮式出料台方便上料、卸料。
整机拟采用PLC作为主控器件，使用者可根据板条厚度及涂胶量事先设定好高频功率和加热时间，将启动设置为自动，高频拼板机即实现：自动送料→到位后送料车退回原位→垂直压力启动→侧向拼接压力启动→高频自动加热→加热时间到并停止加热→自动冷却保压→垂直及拼接压力关闭→液压缸退回原位等工作流程。
2 研究及设计过程
整个拼板机构可分为：铺板平台、送料机构、 拼压平台、控制电路、加热装置、出板机构、操作台、主控供电柜。本文主要讨论控制电路，机械部分设计不再详细介绍。
2.1 主电路设计
拼板机主电路设计主要包括以下几项。
（1）油泵电机，用于产生高压油，用于驱动液压装置，如顶置油缸和侧压油缸，以便压平拼板和顶紧拼板；
（2）电子管冷却风机，用于高频发生器的核心器件电子管的冷却；
（3）变压器冷却风机电机，用于高压变压器的冷却，采用温度控制，设置温度阈值，高于温度阈值开启，低于温度阈值关闭。
（4）送板小车电机，用于驱动送板小车将拼好的涂胶指接木送入压板平台，同时将拼好的木板推出到出板机构。
（5）升压变压器，用于给高频发生器提供高压电源，为防止冲击电流对电源和设备的影响，采取双接触器二次延时接通，先接通KM6，电源A、C相接通，经延时0.5秒后，即KM7接通，使电源B相再接通。
（6）电子管灯丝供电变压器，提供电子管灯丝加热电源，分两档，第一档电压5V，第二档电压10V。
（7）控制电路电源，为控制电路提供电源。
根据设备工作需要，设计了拼板机控制的主电路如图1所示。QF0-QF8为空气断路器，QS1为带锁电源开关，通过使用钥匙可以开启电源或关闭电源。KM0-KM9为接触器主触点，FR1-FR5为热继电器热元件，M1-M4为三相异步电动机，T1为高压变压器，T2为电子管灯丝供电变压器，D1-D6为高压整流硅堆。
2.2 PLC选用及输入输出点分配
根据拼板机所要实现的功能和工序要求，合理设置输入和输出点，见表1和表2，输入点16个，输出点14个，选择PLC为永宏FBS-40MAT2-AC，24DI，16DO（输入点数24，输出点数16)。
PLC主机单体功能部分简要叙述如下:
具8组计数频率，可达920KHz的高速计数器，计数模式可为A/B×4、A/B×3、A/B×2、A/B、CLK/DIR×2、CLK/DIR、U/D×2、U/D等8种；
具5组16位或32位的0.1ms时基的高速定时器；
具4轴可作直线补间的高速NC定位控制输出，频率可达920kHz；
具16点正负缘中断输入；
具36点捕捉输入；
具4组高速PWM输出，最高频率可为18.4KHz/184KHz，分辨率可为(1000/100)[2]。
各输入点、输出点在PLC上的布局见图2。PLC输出接通用继电器，KA0-KA13为通用节电器，线圈电压DC24V，通过24V开关电源供电，通用继电器触点控制相应的交流接触器的通、断，实现拼板工作流程有序进行。
图1 主电路
Figure 1 main circuit
表1 PLC输入点列表
Table 1 PLC input point list
表2 PLC输出点列表
Table 2 PLC output point list
2.3 继电器-接触器控制电路设计
对于继电器-接触控制电路设计尽量做到简单、实用、可靠。整个电路中有KM0-KM9共10个接触器，4个电磁阀，其线圈额定电压均为AC220V。急停按钮串接在KM0回路中，热继电器常闭触点FR1-FR5分别对应串在KM1、KM2、KM3、KM4、KM8回路中，KA0-KA13来自PLC输出外接通用继电器，ST1为高压变压器散热风机温控开关，当温度低于设定值时ST1断开，散热风机停止工作，高于设定温度时ST1接通，散热风机开启。SQ2为设备门开关（每个门上安一只，均串联起来，所以SQ2代表若干个开关），只要设备下方任何一个门打开，高压变压器的接触器线圈断电，高频加热电路停止工作，防止高频泄漏，SQ1为电子管冷却风机风量开关，当风量小于设定风量时，SQ1断开，电子管灯丝停止加热，同时，高频加热电路停止供电，以保护电子管不受损坏。YV1-YV4线圈通电，对应电磁阀开通，油缸进油，油顶工作，油顶两头均连接油管，一头进油，另一头出油，倒过来亦可，是伸是缩，完全由电磁阀控制。
2.4 触摸屏界面设计
设备设置触摸屏，便于修改设备运行参数和观察设备运行状态，根据是需要选用维控LEVI-102A触摸屏，面板10.2寸，真彩人机界面800*480分辨率，亮度250流明，可支持市面上绝大多数PLC品牌的产品。可以根据客户需要选配支持CAN总线、视频输入、合成语音输出、以太网、第三个串口[3]。
图2 PLC接线图
Fig.3 PLC wiring diagram
图3 继电器-接触器控制电路
Fig.4 relay－contactor control circuit
触摸屏界面设计，设计了高频加热控制系统界面、手动操作界面、参数设置界面，各个界面可自由切换。
高频加热控制系统界面：可以显示加热和冷却时间、油缸工作状态及切换按钮。
手动操作界面：显示各功能开关触摸热区，触按相应区域，工作时为绿色，不工作为红色。触按一次为绿色，再触按一次为红色，压板侧压、顶压为点动控制，触按即工作，不触按即停止；压板压紧后触摸屏画面可显示油缸工作状态，各开关工作顺序应符合手动操作逻辑顺序要求，否则拒动。本界面只有在手动/自动转换开关转换到“手动”位置方可执行。
参数界面：打开此界面，可根据实际需要对相关参数进行修改设定，时间参数计数单位为秒。
图2 高频加热控制系统界面（其中一个）
Fig. 2 interface of high frequency heating control system (one of them)
2.5 PLC程序设计
由于本设备处于在产状态，知识产权归生产企业所有，所以只能提供梯形图的部分片段。为减小指接板拼接时间，提高工作效率，在PLC程序设计中，反复研究各工序时间排布，做好工序之间的衔接，许多工序在时间上交叠安排，比如送板小车退出压板后就进行加压、加热，而不是退到起始位才加热，冷却时间快结束时，液压系统提前卸压，这样就会缩短每个工作周期，其他工序时间排布方法以此类推。
PLC程序设计主要根据拼板工艺流程需要，遵循简单可靠，方便实用的原则，主要分两大部分，手动部分和自动部分，通过二档旋钮开关切换。手动分用于设备调试和板材小批量试生产，可以通过控制柜上的按钮和触摸屏上的虚拟按键操作，流程可分步进行。自动部分用于拼板连续生产。图4为梯形图的部分片段。
2.6 电源及主电路控制柜设计
图4 PLC梯形图片段
Fig. 3 PLC ladder picture section
电源柜面板有三个指示灯，最左侧为高压指示灯，此灯亮，表明高压电路在工作，提醒操作人员不要打开机架下各门，不要碰触下压板；中间为电子管预热第一档，此灯亮，说明电子管灯丝处于一档加热；右侧灯亮，电子管处于第二档预热。
电源开关柜内主要安装：电源总开关、各分路开关、接触器、热继电器、滤波装置、保护装置。
2.7 操作控制柜设计
为操作方便，专门设计了一个操作控制柜，正对操作柜，最左侧按钮为急停按钮，依次为手动/自动转换开关、自动启动旋钮、暂停旋钮、停机按钮及备用按钮。
手动/自动转换开关：处在手动位置，可在触摸屏手动界面下操作；处在自动位置，拼板机可按设定程序自动工作。
自动启动旋钮：手动/自动转换开关处在自动位置，按下此按钮，可自动进入工作流程。
暂停旋钮：按下此按钮，拼板机暂停工作，但电子管灯丝和冷却风机不停，处于待机状态，随时可进入工作。
停机按钮：按下停机按钮，拼板机停止工作，电子管灯丝切换到二挡，经一段延时后，灯丝断电，继续降温，降温结束后，整机断电。
急停按钮：在紧急情况下按下此按钮，设备断电，以保护人身安全及设备安全，无特殊情况，不要用此按钮停机，否则会损坏电子管或减少电子管使用寿命。
操作控制柜指示灯：有电源灯、高压工作警示灯、报警灯等。
本机除设置急停按钮外，还设有过电压保护、过电流保护、限位保护、漏电保护、接地保护。为防止过电流保护误动，采取二次加电压措施；为防止漏电保护装置误动作，加装了滤波装置；为防止高频波泄露，拼板机下部各门设置门开关，当有机柜门打开后，高频发生器自动停止工作，防止高频泄漏。
3 结束语
经过一年多的设计、制作、调试及在木业企业试生产，拼板机控制电路经不断改进而逐步完善，设置的参数逐步合理，拼板效果达到了设计目的和用户要求。经某木材加工企业半年多的试用，拼板效果很好，生产效率较高，得到该木材加工企业的充分肯定，具有很好的推广价值，该设备现已批量生产，已逐步推向市场。
参考文献
[1]李玉廷, 卢丽彬. PLC在胶合板热压机电气控制中的应用[J]. 木材工业, 2007, 21(1):45-47.
[2]wecon维控触摸屏使用手册.
[3]FBS-PLC永宏使用手册.
[4]李玉廷,陈鹏程.拼板机高频发生器的研制[J].木材工业[J]. 2018, 45(4):57-60.
论文作者:李玉廷,王增玉
论文发表刊物:《电力设备》2018年第31期
论文发表时间:2019/4/22
标签：电子管论文; 拼板论文; 接触器论文; 板机论文; 触摸屏论文; 工作论文; 按钮论文; 《电力设备》2018年第31期论文;