摘 要：本文针对传统口罩生产效率低、质量不稳定等问题，采用了一种基于PLC的平面口罩机控制系统的设计方案。采用信捷PLC和触摸屏作为系统控制器和人机控制界面，可实时控制和显示各环节的工作状态，完成手动与自动模式之间的快速切换，同时采用伺服电机实现对口罩的精确移动和定位，利用耳带发热丝快速高效完成耳带的剪断。通过多次调试优化，实现对口罩生产速度的极大提升，同时可以极大地减少人员投入，降低生产成本。
关键词：口罩机；外耳带；PLC；人机界面
1绪论
近年来，随着空气污染日益严重，越来越多的人受到影响。医用口罩用于保护鼻腔、口腔和呼吸道，防止传染性疾病，是常用的医疗卫生预防用品，口罩需求量激增［1］。2019年国内口罩产量超过50亿只。其中，可用于病毒防护的医用口罩占比高达54％，2020全年我国口罩产值突破60亿只［2］。口罩生产企业急需一种高效、安全、控制简单的口罩生产控制系统，加速生产满足市场需求。生产口罩的控制系统可以由PLC来控制［3］，因而研究PLC相当重要。本文主要从平面口罩机的控制系统功能设计方面进行研究，分析信捷可编程控制器的口罩机外耳带控制系统构成，确定控制方案，完成基于PLC控制的硬件设计与选型，软件开发与调试［4⁃5］。
2平面口罩外耳带机控制结构
2.1控制系统结构
外耳带控制系统结构包括伺服输送带、耳带上料机构、耳带熔接机构、耳带剪切机构、耳带折叠机构、口罩码垛机构、成品下料输送带组成，如图1所示。控制系统应选用基于PLC的全自动控制系统。PLC选择信捷XD3⁃60RT⁃E型号，满足IO点数和高速脉冲的输出需求；模拟量输入输出模块用于焊接温度监测和控制，选择XD⁃E16YT；伺服电机用于对口罩主体进行传送的驱动，负载较小，驱动器选择汇川ISMH1⁃75B30CB⁃U231Z，适配驱动器DS2⁃2OP7⁃AS；触摸屏采用信捷TH465⁃MT／UT。温度变送器选用上海荣华仪表厂生产的型号为RHSBWZ⁃230一体化温度变送器，探头长度为70㎜，精度为0.1℃控制系统框图如图2所示。
2.2控制系统控制电气设计
在生产过程中，熔接时间因熔接材料和周围环境而异，熔接时间按需要可调，在电气设计时增加了两个时间继电器，需要熔接时，继电器线圈得后传送带电机电，常开触点吸合，开始熔接，达到设定时间，时间继电器常开触点断开，熔接结束。在生产过程中还需要将一定数量的成品口罩叠成一摞。在电气设计中，使用一个计数器，记录一摞中口罩的数量。当口罩的数量达到设定值时，给PLC发信号，PLC控制后传送带旋转一定角度，将口罩移开。计数器清零，重新计数。同时增加一个总计数器，记录生产口罩的总数量。主要电气线路如图3所示。
3平面口罩外耳带机控制程序设计
3.1外耳带机整体控制流程
外耳带机控制流程：口罩主体从上一道分片工序输送到入料处，跟随伺服输送线前进；经过耳带熔接机构，将耳带熔接在口罩主体上；经过耳带折叠机构，将耳带向内折叠；完成的口罩进入码垛机构，然后每码垛10个，放到下料输送带，再由人工取走。控制程序如图4所示。
3.2耳带熔接程序设计
耳带熔接机构工作流程：输送线将口罩主体输送到口罩停止位；耳带处理机构，将耳带放置在口罩两端；压紧机构下压；超声波熔接机工作，将耳带熔接在口罩上。控制程序如图5所示。
3.3耳带折叠程序设计
口罩载具输送口罩，经过耳带导流板时，将耳带折起90°（口罩下压轮的作用是防止在导流时，口罩被带起来）；到达位置后，下压气缸往下，压住口罩，然后耳带翻折气缸把耳带向前推到口罩上，退回；熔接导柱下压，压住耳带和口罩主体的接触点，然后加热。控制程序如图6所示。
3.4耳带码垛计数程序设计
载具输送口罩到皮带线上，输送皮带线将口罩带到落料处；上方传感器有计数功能，每累计10个，下压气缸往下，将10个口罩压到下料输送带上，最后由人工将口罩取走。控制程序如图7所示。
4平面口罩外耳带机人机界面设计
本监控系统的监控界面完成对耳带机的数据记录、逻辑画面、参数设置、报警记录等一列显示功能。自动操作界面主要用来完成当前任务预期产量设定，当前完成产量、效率的显示，当遇到设备常规故障时进行复位操作，遇到紧急故障时紧急停止操作，以及设备故障信息的记录与显示，如图8（a）所示。手动操作设置界面可以完成所有气缸和电机的单独控制，如图8（b）所示。参数设置页面可以设置耳带机控制系统所有相关参数，包括超声预焊时间、来料感应时间、超声焊接时间、热压压料时间等，以及伺服电机相关参数，如图8（c）所示。
5总结
本文进行了控制系统和程序设计，完成了输送线、耳带焊接、耳带折叠、口罩码垛计数的程序编写，并根据具体功能要求，实现了基于触摸屏的人机界面开发。完成平面口罩外耳带机的控制系统调试与优化，完成了输送线的伺服控制单元的调试和参数优化，以及气动回路的优化，通过调试优化有效提高了系统稳定性和可靠性，保证了口罩生产质量。
作者：阮殿旭 单位：沙洲职业工学院