高频拼板机控制电路研究与设计

高频拼板机控制电路研究与设计

李玉廷王增玉

（临沂大学山东临沂276000）

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：Accordingtotheworkingprincipleofthetailorplatemachineandtherequirementsoftheprocessingflowofthetailorboard,thetouchscreenandPLCareusedasthemaincontroldevice,themanualandautomaticcontrolcircuitsaredesigned,thecontrolprogramiscompiled,thetouchscreenworkinginterfaceisdesigned,andthedebuggingiscarriedout.Themanualandautomaticcontrolconversioniseasyandconvenienttousethroughtheactualproduction.Theproductionefficiencyishigh,andthesatisfactoryresultsareachieved,Itcanbepushedtothemarket.

Keywords:highfrequencyboardmachine;touchscreen;programcontrol

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。

2.2PLC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

Figure1maincircuit

表1PLC输入点列表

Table1PLCinputpointlist

表2PLC输出点列表

Table2PLCoutputpointlist

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2PLC接线图

Fig.3PLCwiringdiagram

图3继电器-接触器控制电路

Fig.4relay－contactorcontrolcircuit

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.2interfaceofhighfrequencyheatingcontrolsystem(oneofthem)

2.5PLC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4PLC梯形图片段

Fig.3PLCladderpicturesection

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.