基于UN223模块和CPU224CN实现实验热压机控制系统的设计

我国是世界上缺材少林国家之一，据专家预测，到2010年我国的木材消费需求将达到2.1亿立方米，而缺口达6000万立方米，其中人造板工业占相当大的消费比例，因此提高人造板生产效率意义重大。热压机作为人造板生产的关键设备，直接决定了生产效率及产品质量，而热压机性能的好坏又在很大程度上取决于其控制系统的优劣。针对现有热压机采用继电接触控制，使压机的控制线路较为复杂、触点太多而故障率高的问题，提出在热压机控制系统中采用PLC控制，可省去部分继电器和闭锁触点，简化控制线路，提高设备可靠性。PLC选CPU224CN，后面带上一个UniMAT的UN223模块。

一、基本工作原理

实验热压机是木材加工工业、科研单位、高等院校等的实验室设备之一，可作纤维板、刨花板、胶合板、表面装饰板、塑料板等的热压实验之用。除了加热系统外，其工作特征和结构与生产型热压机基本相同。图1为本文所研究的热压机结构简图。热压机上压板2固定，正常工作时通过控制位于压机底部的柱塞缸，使得柱塞5带动下压板4向上移动，将板坯压实；经过热压处理后，柱塞5带动下压板4向下移动，到位后为下一次工作做准备。根据人造板生产工艺的要求，在压机工作过程中，关键是位置控制和压力控制，系统是通过比例流量阀来进行速度调节，进而实现位置控制。

二、PLC控制系统的设计思路

首先要满足设备在生产中的可靠性。因原设备控制部分元件多，控制线复杂，排查故障非常困难，为此，可以考虑热压机油缸升降的控制部分采用PLC控制，在满足要求的情况下，尽量减少输入点和输出点，使得整体设备可靠性提高；另外，考虑到设备检修、保养和对新的板种的试生产，需要在控制线路中加入手动、自动转换开关；在检修时，为防止升起的压板因误操作发生位移，加装了保护开关，当开关置于保护状态，即使发生误操作，因有电气互锁，也不至于使压板发生下移。基于以上设计思路，根据压机工作流程，确定了17个输入点和14个输出点，共31个点，采用CPU224产品（该产品有10个输入点，10个输出点）连接UN223（该产品有16个输入点，16个输出点）。结合该系列热压机特点，设计了控制线路，并编制了控制程序；输入和输出量编址见表1。

表1 胶合板热压机各输入输出编址

三、工作原理与控制过程

以快速贴面压机为例。该系列热压机共装有4个油缸，油缸顶置，液压油路需用6只电磁阀控制，因设计的热压机规格不同，油泵电机的功率从10～22 kW不等，为减小电机起动电流，设计为Y／△起动。胶合板板坯采用小车载入，小车承载部分可单方向运动，小车退出时板坯自动滑落在压板上。小车驱动电机由变频器控制，可实现小车快进、慢出。

图2为快速贴面胶合板热压机工艺流程

控制油缸的电磁阀有6只，其中1只1DT为总进油阀；每2个油缸上部、下部油路各自并联，分2组，每组各有1只上部进油阀3DT、5DT和1只下部进油阀2DT、4DT，还有一只总回油阀6DT。

油缸下部进油，柱塞上移；其上部进油，柱塞下移。即当1DT、2DT、4DT工作时，压板上升，1DT、3DT、5DT工作，压板下降并加压；6DT工作时，油缸卸荷。液压油泵用三相交流异步电动机驱动，为降低起动电流需要降压，采用Y／△方式起动，转换时间为2～5 s。油泵工作正常3 s时，压板上升到位（设上限位开关）后，压板停止上升；此时装板小车载板坯快速进入，到达设定位置后，小车卸板坯并开始后退，碰到后退限位开关后停止后退。

在小车卸板后退的同时，压板开始下降，当碰到下限位开关后，停止下降，开始保压并计时，随着油压的升高，动、定压板之间压力增大，当达到设定上限压力时，电接点压力表上限开关断开，停止加压。由各组电磁阀自动控制热压时所需压力，实现保压直到热压结束，开始卸荷，3 s后压板上升。由人工完成卸板。

为了安全起见，在控制线路中加装转换开关，在压机上升控制电路中要加入保护装置，当压板上升到位时，手动合上此开关，检修设备时不会因误动作而使动压板下降伤人。同时，在加压保压控制电路中，加入了超压保护开关，目的是防止油压达到压力上限后继续加压。若超压，此开关自动断开，电磁阀失电关闭，停止加压。当压力下降到许可值时，此开关重新闭合，系统控制恢复正常。

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