口罩机送料模块控制方案设计

口罩机送料模块控制方案设计

谭泽霖,陈仙明,程玲珑,金伟涛

(浙江水利水电学院 机械与汽车工程学院，浙江 杭州  310000）

摘  要：结合口罩机送料模块动作流程，设计控制方案。具体包括控制电路、PLC部分和触摸屏界面，控制方案具有较好的实用性。

关键词：口罩机；送料模块；控制系统；可编程控制器；触摸屏

基金项目：2021度国家大学生创新创业训练计划项目

1.控制原理图设计

口罩机送料模块控制系统主要以PLC进行控制，而PLC在整个控制系统中通过接收传感器的信号，负责对控制信号的处理和六个电机的启停。另外，为方便工作人员的观察和操作，控制系统中需要连接触摸屏。送料模块中的电机选用的是步进电机，其需要对应的步进电机驱动器进行驱动，而对于速度的控制，需要通过脉冲发生器发出脉冲信号来完成。

2. 控制流程设计

口罩机送料模块的控制流程主要分为两个部分，分别是手动操作和自动运行两个控制模式。手动操作模式主要是为了方便设备的手动调试，在手动模式下，可以手动的控制每个电机的启停。由于在控制系统中，PLC控制六个电机的启停是相互独立的，其之间没有逻辑联系，因此整个手动模式的控制流程相对简单。在进入自动运行模式之后，送料模块就开始自动运行。在此之前如需将某个电机关闭，可在触摸屏上手动地点击对应电机旁地电机锁定按钮。六个电机在自动运行过程当中，配合张紧机构实现，电机的开启与停止。若电机上的布料已用完，随着张紧机构感应板的摆动，会触发报警接近开关，使设备停止并报警。

3.PLC部分设计

根据之前送料模块的运动分析，可总结出相应的控制要求，通过每个环节的控制要求，可整理出I/O地址分配表，其关系到PLC程序的编写及整个控制程序的运行，所以每个I/O地址分配中每个信号地址所控制的功能要非常详细。如下表所示分别为开关量输入信号（表 1）、开关量输出信号（表2）。

表1 开关量输入信号表

表2 开关量输出信号表

3. 步进电机控制原理

在上述方案选择中，步进电机的速度控制是通过脉冲发生器来完成的，其需要与PLC和步进电机驱动器相互配合。脉冲发生器和步进电机驱动器的供电电压为直流24V，在主电路中三相电通过开关电源转化所得，具体可见附录C中的电气原理图。在该电机控制原理中，脉冲发生器和驱动器采用共阳极接法，发生器上的+5V端子分别连接驱动器上的信号输入端子各正端，其余各负端分别连接发生器上相应信号的控制端。脉冲发生器中的启停端子可连接PLC上控制对应电机的继电器，这样PLC就可以实现通过输出控制继电器，实现控制电机的启停。控制电机的工作原理为：当设备运行时，感应板在摆动的过程中，被对应的传感器检测到，PLC进行信号处理，并输出相应的结果来控制继电器的通断，以此来控制电机的启停。电机的转速可在设备运行开始前，通过脉冲发生器进行调节，使其以合适转速运行。

4. 触摸屏界面设计

N95口罩机送料模块控制系统的主界面，通过对该控制系统的功能分析，可将主界面做如下设计。主界面的最上方为标题栏，包括控制系统的名称、LOGO和时间显示。中间部分有三个板块，从左至右依次为手动模式操作区、设备监视区、模块指示灯区。手动模式操作中有六个按钮，可控制六个电机的启停。设备监视区中有六个电机的模型，每个电机模型上都有状态显示标志，当设备进入运行状态时， 若电机启动，则对应的电机状态显示标志就会点亮。另外，每个电机旁都有一个电机锁定按钮，当需要锁定某个电机时，按下相应的锁定按钮即可。模块指示灯用来显示设备运行的状态。界面的最下方是设备启动、停止、复位、界面切换的按钮，右下角为报警提示区，当某个电机布料用完时，在该区域内会有相应的提示。在该控制系统触摸屏界面中，除主界面外，还有一个I/O监视界面。主要用来监视18个输入信号的状态，在设备运行中，可观察输入信号的连接状况，便于后期的维护检查。

5. 触摸屏和PLC联合调试

触摸屏界面设计完成之后，所有的开关按钮并没有实际的功能，还需要在设备窗口中进行连接变量的添加。这样通过界面中的按钮、指示灯和这些变量的连接，即可实现通过在触摸屏上的操作，控制整个设备的运行。另外，通道名称与连接变量要相互对应，这是非常关键的。所谓通道名称即是PLC程序中的输入/输出量、辅助继电器、状态寄存器等参数。这些参数都参与到PLC程序的运行当中，起到至关重要的作用。当配置好以上的通道连接后，就可以将PLC的程序导入到PLC当中，通过触摸屏进行设备调试。在导入程序或导入触摸屏界面时，需要注意的是设备通道的选择，不管是导入到PLC还是MCGS界面导入到真实的触摸屏，导入通道都要相互对应，否则是无法导入成功的，可在触摸屏中进行相应的操作。

参考文献：

[1]赵挺,周胜男.国内外口罩防护性能对比研究及问题探讨和建议[J].中国医疗器械信息,2022,28(01):31-33.

[2]来永钧,杨赛青.以新冠肺炎口罩标准需求论建立标准解读信息服务平台的必要性[J].中国标准化,2020,(05):93-97.