基于PLC的硅酸鈣板厚度在線檢測(cè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張 潔 平

（閩西職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建 龍巖 364021）

引言

隨著人們生活水平不斷提高，健康環(huán)保意識(shí)也不斷增強(qiáng)，新型綠色環(huán)保建材應(yīng)用越來(lái)越廣泛.硅酸鈣板是一種新型的節(jié)能環(huán)保建材，具有防火、防腐、防潮、質(zhì)輕高強(qiáng)等優(yōu)良特點(diǎn)，受到很多裝修業(yè)主的青睞.在裝修過(guò)程，若硅酸鈣板厚度不一致，會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)位，出現(xiàn)裝修質(zhì)量問(wèn)題，因此硅酸鈣板厚度也是衡量板材品質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo).建材市場(chǎng)對(duì)硅酸鈣板厚度測(cè)量的精度要求越來(lái)越高，而目前一些硅酸鈣板廠通過(guò)人工抽檢的方式進(jìn)行板材厚度檢測(cè)，不僅每塊板材質(zhì)量得不到保證，而且工作效率也比較低.國(guó)內(nèi)用于板材厚度測(cè)量的設(shè)備有超聲波測(cè)厚儀、射線測(cè)厚儀等，這些設(shè)備的測(cè)量精度相對(duì)較低且體積大，對(duì)測(cè)量的工藝有著嚴(yán)格的要求，使用過(guò)程很不方便［1，2］.本文設(shè)計(jì)了一種基于PLC的硅酸鈣板在線檢測(cè)控制系統(tǒng)，利用激光位移傳感器檢測(cè)生產(chǎn)線上硅酸鈣板的厚度，經(jīng)過(guò)放大器轉(zhuǎn)換后再經(jīng)過(guò)PLC進(jìn)行運(yùn)算、存儲(chǔ)和判斷，計(jì)算出硅酸鈣板的實(shí)際厚度，與設(shè)定值比較判斷，確定硅酸鈣板的厚度是否合格，并作出相應(yīng)的聯(lián)動(dòng)信號(hào)［3-5］.

1 厚度在線檢測(cè)原理

硅酸鈣板厚度在線檢測(cè)控制系統(tǒng)采用一種非接觸式動(dòng)態(tài)測(cè)量方法，控制系統(tǒng)原理框圖如圖1所示.主要由激光位移傳感器、放大器、PLC和觸摸屏組成.以PLC為控制核心，實(shí)時(shí)檢測(cè)激光位移傳感器輸出信號(hào)，計(jì)算出測(cè)量板的實(shí)際厚度，并做相應(yīng)的輸出處理.在硅酸鈣板生產(chǎn)線的上下側(cè)各安裝一個(gè)激光位移傳感器，X1為上傳感器與被測(cè)物體之間距離，X2為下傳感器與被測(cè)物體之間距離，通過(guò)設(shè)置上下兩個(gè)傳感器之間的物理距離K值，經(jīng)過(guò)放大器轉(zhuǎn)換后再經(jīng)過(guò)PLC進(jìn)行運(yùn)算D=K-X1-X2，得到一個(gè)最初始的板厚D值；然后對(duì)該數(shù)值進(jìn)行存儲(chǔ)，判斷最大值與最小值，等待測(cè)量結(jié)束，累計(jì)所有測(cè)量值S，并減去最大值與最小值，最后求平均值，則該值為最終測(cè)量板實(shí)際厚度.根據(jù)已設(shè)定的板厚DS，偏差允許范圍內(nèi)為合格，輸出通過(guò)信號(hào)，否則，進(jìn)行報(bào)警并輸出聯(lián)動(dòng)信號(hào)，并對(duì)該板材進(jìn)行剔除.

圖1 控制系統(tǒng)原理框圖

2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

硅酸鈣板厚度在線檢測(cè)控制系統(tǒng)硬件主要是PLC和激光位移傳感器.由于該控制系統(tǒng)PLC主要進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算和存儲(chǔ)，控制點(diǎn)數(shù)少，因此選用OMRON公司的CP1E-NA20DR-A，它是一種小型化設(shè)計(jì)的可編程控制器，該CPU內(nèi)置RS232通信，可進(jìn)一步擴(kuò)展，具有大容量存儲(chǔ)器、強(qiáng)大的定位功能、高速脈沖輸入/輸出，還可以進(jìn)行浮點(diǎn)運(yùn)算并具有安全密碼功能.激光位移傳感器采用OMRON公司ZX2-LD100L，用發(fā)射到感應(yīng)物體的激光光線來(lái)測(cè)量感應(yīng)物體與傳感器探頭之間的距離，且將檢測(cè)的距離轉(zhuǎn)換成電氣信號(hào)，然后發(fā)送到放大器單元，再傳送至PLC 進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算判斷.根據(jù)硅酸鈣板測(cè)厚控制系統(tǒng)的控制信號(hào)，對(duì)輸入、輸出信號(hào)地址進(jìn)行分配，其I/O地址分配見(jiàn)表1所示，PLC外部接線如圖2所示.

表1 I/O地址分配表

圖2 PLC外部接線圖

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

硅酸鈣板厚度在線檢測(cè)系統(tǒng)軟件控制流程圖如圖3 所示，系統(tǒng)開(kāi)機(jī)后，先初始化并進(jìn)行系統(tǒng)自診斷，判斷激光傳感器是否存在異常.其次進(jìn)行模式選擇，若在系統(tǒng)調(diào)試初期，選擇手動(dòng)模式，測(cè)量板為靜止?fàn)顟B(tài)，沒(méi)有相應(yīng)的限位信號(hào)，則可單獨(dú)對(duì)靜態(tài)的測(cè)量板進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，并顯示出運(yùn)算的厚度D，同時(shí)用千分尺測(cè)量板的實(shí)際厚度，兩個(gè)厚度數(shù)據(jù)值進(jìn)行比較，以便調(diào)整設(shè)置參數(shù)K值.調(diào)試結(jié)束后進(jìn)入自動(dòng)模式，測(cè)量處于動(dòng)態(tài)測(cè)量，當(dāng)PLC檢測(cè)到測(cè)量板進(jìn)入測(cè)量區(qū)域（S1檢測(cè)到上升沿），根據(jù)激光傳感器X1與X2的值，計(jì)算當(dāng)前的厚度Di 值，累計(jì)次數(shù)Num 加1，累計(jì)厚度∑S=S+Di，然后檢測(cè)測(cè)量板是否離開(kāi)測(cè)量區(qū)域（S2檢測(cè)到下降沿），如果測(cè)量板未離開(kāi)測(cè)量區(qū)域，則重復(fù)測(cè)量板的厚度，直到測(cè)量板離開(kāi)測(cè)量區(qū)域，最后PLC系統(tǒng)根據(jù)測(cè)量時(shí)段所存儲(chǔ)的累計(jì)厚度、累計(jì)次數(shù)、最大值、最小值等數(shù)據(jù)，計(jì)算出測(cè)量板的平均厚度，且將測(cè)量板平均厚度與板厚設(shè)定值進(jìn)行比較，若偏差在±0.3mm內(nèi)為合格，則輸出相應(yīng)的控制聯(lián)動(dòng)信號(hào)進(jìn)入合格品區(qū)，否則進(jìn)入不合格品區(qū)并報(bào)警輸出信號(hào).

4 測(cè)試與應(yīng)用

基于PLC的硅酸鈣板厚度在線檢測(cè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，為了驗(yàn)證厚度在線測(cè)量的準(zhǔn)確性，在某硅酸鈣板廠生產(chǎn)線進(jìn)行測(cè)試運(yùn)行，先選用厚度為5mm的硅酸鈣板進(jìn)行手動(dòng)模式測(cè)量，根據(jù)靜態(tài)測(cè)量顯示運(yùn)算厚度和硅酸鈣板實(shí)際厚度，設(shè)定K值為194.26mm，設(shè)定誤差為±0.3mm，實(shí)際厚度測(cè)量顯示如圖4所示，經(jīng)6次測(cè)量后，測(cè)量厚度如表2所示，厚度平均值約為5.111mm，測(cè)量誤差為0.111mm，檢測(cè)產(chǎn)品合格.為了進(jìn)一步驗(yàn)證硅酸鈣板不同厚度測(cè)量的準(zhǔn)確性，分別選用8mm、10mm、12mm三種不同規(guī)格的硅酸鈣板進(jìn)行在線測(cè)試，設(shè)定的K值分別為197.22mm、199.44mm、201.19mm，經(jīng)過(guò)6次測(cè)量，其測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表3，厚度平均值分別為8.133mm、10.106mm、12.177mm，測(cè)量誤差分別為0.133mm、0.106mm、0.177mm.從測(cè)試結(jié)果可知，當(dāng)被測(cè)厚度增加時(shí)，測(cè)量誤差也在允許范圍內(nèi)，由于被測(cè)物體表面不均勻，且是單點(diǎn)移動(dòng)在線測(cè)量，會(huì)存在一些測(cè)量誤差，但在整個(gè)檢測(cè)過(guò)程中，在線測(cè)量控制系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行，測(cè)量精度在允許范圍內(nèi)，保證產(chǎn)品質(zhì)量.

圖3 系統(tǒng)軟件控制流程圖

圖4 觸摸屏顯示界面

表2 實(shí)際測(cè)量厚度

表3 三種不同規(guī)格的實(shí)際測(cè)量厚度

5 結(jié)語(yǔ)

利用PLC和激光傳感器進(jìn)行硅酸鈣板厚度在線檢測(cè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，先進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整模式，通過(guò)調(diào)整相應(yīng)的激光傳感器位置，設(shè)置合理的K值參數(shù)等，然后在自動(dòng)生產(chǎn)線進(jìn)入動(dòng)態(tài)測(cè)量模式，測(cè)量移動(dòng)過(guò)程中硅酸鈣板的平均厚度，并根據(jù)板厚設(shè)定值判斷出不合格產(chǎn)品.通過(guò)在線動(dòng)態(tài)式測(cè)量，不僅提高了檢測(cè)速度和測(cè)量精度，而且大大提高了生產(chǎn)效率，降低了人工成本，在無(wú)塵無(wú)振動(dòng)的生產(chǎn)線上檢測(cè)材料厚度具有很大應(yīng)用價(jià)值.