李娟

摘 要： 本文根據(jù)自動切蛋糕機控制系統(tǒng)的要求對系統(tǒng)硬件組成進行了精心選配，設計了自動切蛋糕機的整體控制方案。設計了簡單直觀的操作界面，直觀易操作；根據(jù)系統(tǒng)手動控制、自動控制和操作需要設計了實際的操作系統(tǒng)，在完成設計后對系統(tǒng)進行了調試，通過反復調試，制定了準確的程序。從系統(tǒng)運行情況判斷，該系統(tǒng)控制靈活、運行穩(wěn)定，切割位置精確，質量好，完全滿足自動化生產的要求，同時大大縮短了加工切割的時間，提高了生產效率。

關鍵詞： 自動切蛋糕機 PLC 控制系統(tǒng)

本文設計的自動切蛋糕機要求能夠快速地將各種不同的圓形食品和方形食品分成大小和重量相同的若干等份，主要研究自動切蛋糕機的控制方案，重點介紹自動切蛋糕機的工作流程和控制程序的設計。

一、自動切蛋糕機的控制系統(tǒng)的設計

自動切蛋糕機的控制系統(tǒng)的硬件組成主要包括可編程控制器（PLC）、驅動機構運動的步進電機、觸摸屏、變頻器等。硬件設計工作量較大，過程較復雜。

硬件的設計：

1.PLC的配置

可編程控制器主要由CPU、存儲器、基本I/O接口電路、外設接口、編程裝置、電源等組成。PLC的工作原理是采用循環(huán)掃描的工作方式，在PLC中用戶程序按先后順序存放，CPU從第一條指令開始執(zhí)行程序，直到遇到結束符后又返回第一條，如此周而復始不斷循環(huán)。

在設計自動切蛋糕機的控制方案過程中，選擇了臺達DVP32ES00R2型號的PLC作為控制系統(tǒng)。

2.步進電機的選用

步進電機是一種作為控制用的特種電機，它的旋轉是以固定的角度一步一步運行的，其特點是沒有積累誤差。這次設計中選用型號為85BYGH250A-2的二相混合式步進電機。

3.觸摸屏的選用

觸摸屏是一種可接收觸頭等輸入訊號的感應式液晶顯示裝置，當接觸了屏幕上的圖形按鈕時，屏幕上的觸覺反饋系統(tǒng)可根據(jù)預先編程的程式驅動各種聯(lián)結裝置，可用以取代機械式的按鈕面板，并借由液晶顯示畫面制造出生動的影音效果。這次設計中選用電阻式觸摸屏，型號為臺達的DOP-A57BSTD，屏幕尺寸為5.7寸。

4.變頻器的選用

變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。選用的變頻器為歐瑞傳動F1000-G系列的變頻器。

5.氣缸的選用

氣壓傳動中將壓縮氣體的壓力能轉換為機械能的氣動執(zhí)行元件。本設計中采用單作用的氣缸。

二、自動切蛋糕機的控制方案

在系統(tǒng)首頁選擇切割模式，若要切圓形蛋糕則觸摸圓形圖標，則進入圓形選段；若要切割方形蛋糕則觸摸方形圖標，則進入方形選段頁面。兩個頁面相互獨立，操作按鈕相互獨立。

在選段頁面可直接選擇切割的數(shù)量進入設定頁面，也可進入設定頁面后再修改切割的數(shù)量，或選上一頁進入首頁重新選擇切割模式。

圓形切割設定頁面要能實現(xiàn)2片到20片偶數(shù)片的切割，并要能實現(xiàn)返回上頁的要求。

方形切割設定頁面要能實現(xiàn)2×2、4×4、5×5、6×6、7×7、8×8、9×9、10×10、11×11、12×12（單位：分割數(shù)）的切割，并要能實現(xiàn)返回上頁的要求。

通過對自動切蛋糕機的操作系統(tǒng)的設計要能達到設定好切割的數(shù)量和切割尺寸，并能達到按下外部運轉準備按鈕，設備工作臺面要求能自動尋找原點；按下自動啟動按鈕后，系統(tǒng)能自動運行，開始切割；切割時若要加熱刀片，則點擊畫面加熱圖標即可實現(xiàn)。點擊加熱后會顯示加熱中和加熱正?；蚣訜岵徽＃恍枰訜釙r則點擊加熱中圖標即可。修改刀速度可改變切刀抖動頻率；修改切刀停止時間可改變切刀在最低點的切割時間。

三、自動切蛋糕機的PLC梯形圖程序的設計

1.電氣符號及I/O點地址分配表的制定

旋轉速度D510進退速度D511去屑時間D512方型原點位置D513圓形圓心位置D514手動切刀速度D51方型脈沖當量D515圓形脈沖當量D516加熱M0前進M1后退M2旋轉M3去屑M4上升M5下降M6切刀M7切刀M7測試M8定位X1防滑X2入料異X3切刀異X4旋轉異X5上限位X6運轉準備X10自動啟動X11加熱檢測X13加熱指示D52當前位置D520錯誤顯示D50旋轉電機脈沖Y1進退電機方向Y3進退脫機Y14加熱指示D52去屑汽缸Y10下降汽缸Y11加熱Y12變頻器OP2Y4變頻器OP3Y5變頻器OP4Y6旋轉脫機Y15方型發(fā)送接點M11

2.梯形圖的設計

自動蛋糕機的控制系統(tǒng)要求具有自動加工、手動加工、故障報警等控制功能，綜合這些功能進行程序設計。系統(tǒng)的PLC梯形圖是根據(jù)系統(tǒng)的控制流程，以及手動操作和自動操作控制來編寫的，同時系統(tǒng)要和觸摸屏連接，編寫的梯形圖都做了相應的處理。

結合整個切蛋糕機的工作要求，在進入操作系統(tǒng)后要求能實現(xiàn)以下幾個動作：自動、手動和報警。其中在自動操作的過程中又分為圓形加工和方形加工。

3.手動切蛋糕的程序設計

在程序的設計過程中考慮切刀的加熱溫度，直接影響到切割的精度，由驅動器來驅動對應的電機工作，以此實現(xiàn)氣缸的上升和下降，前進和后退。手動切蛋糕的動作執(zhí)行程序如圖1所示。

4.圓形加工的控制流程圖設計

結合圓形加工的特點，根據(jù)流程圖的要求，圓形加工的開頭程序設計如圖2所示。

5.方形加工的控制流程圖

結合方形加工的特點，根據(jù)流程圖的要求，方型加工的開頭程序設計如圖3所示。

四、自動切蛋糕機控制系統(tǒng)的調試

PLC程序在編寫完成之后，按照程序的模塊式結構，對每個功能模塊進行編譯，找出程序在邏輯和算法上的錯誤，使得每個功能模塊都達到0警告，0錯誤的標準。PLC程序在檢查完畢后進行編譯，無錯誤和警告。

PLC程序的調試實際為模擬調試過程，在此之前首先對PLC外部接線做仔細檢查，這一環(huán)節(jié)很重要。外部接線保證準確無誤。用事先編好的試驗程序對外部接線做掃描通電檢查查找接線故障。為了安全考慮，將主電路斷開。當確認接線無誤后再連接主電路，將模擬調試好的程序送入用戶存儲器進行調試，直到各部分的功能都正常，并能協(xié)調一致地完成整體的控制功能為止。

將設計好的程序寫入PLC后，首先逐條仔細檢查，并改正寫入時出現(xiàn)的錯誤。用戶程序一般先在實驗室模擬調試，實際的輸入信號可以用按鈕來模擬，各輸出量的通/斷狀態(tài)用PLC上有關的發(fā)光二極管來顯示，一般不用接PLC實際的負載。在適當?shù)臅r候用開關或按鈕模擬實際的反饋信號，如限位開關觸點的接通和斷開。在調試時應充分考慮各種可能的情況，對系統(tǒng)各種不同的工作方式、有選擇序列的功能表圖中的每一條支路、各種可能的進展路線，都逐一檢查。

自動切蛋糕機的研制和開發(fā)使用使得糕點行業(yè)更快走向了自動化，將糕點的產量得到了很大的提高，節(jié)約了人工的投入，提高了生產效率，增加了經濟效益。在本控制系統(tǒng)的設計過程中主要完成以下工作：自動切蛋糕機的控制方案的制訂，選擇了PLC、變頻器、顯示屏等；設計了自動切蛋糕機的工作過程；設計了PLC梯形圖；設計了該系統(tǒng)的操作界面；對自動切蛋糕機的控制系統(tǒng)進行了模擬的調試，該控制系統(tǒng)滿足了使用要求，工作中系統(tǒng)穩(wěn)定，控制準確。

參考文獻：

[1]李亦武，等.蛋糕的質量評價與常見生產問題分析，食品科學，2000.11.

[2]聊常初主編.PLC基礎及應用.機械工業(yè)出版社，2008.4.

[3]張萬忠.可編程控制器應用技術[M].北京：化學工業(yè)出版社，2010.

[4]趙金榮，葉真主編.可編程序控制器原理及應用.上海應用技術學院，2003.

[5]郁漢琪.可編程控制器原理及應用[M].北京：中國電力出版社，2004.