基于PLC的自動切料生產(chǎn)線氣動裝置的設(shè)計

(河南化工職業(yè)學(xué)院， 河南 鄭州 450052)

引言

在工業(yè)生產(chǎn)中常需要將大塊母料切割成大小相等的子料，傳統(tǒng)作法是先采用人工切料，后期再對長度、邊緣毛刺進(jìn)行二次加工處理的方法。這種方法效率低下，勞動強度高，并且物料長度檢測耗時長、工作量大。新設(shè)計的自動切料裝置采用PLC作為控制核心，以氣壓傳動作為工作動力，實現(xiàn)自動切料。同時配有傳感器自動檢測子料長度是否合格，并將不合格產(chǎn)品推出，實現(xiàn)物料自動分揀。實踐表明氣動控制系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、輕便、安裝維護(hù)容易、無污染等優(yōu)點[1]。 用氣動自動化控制技術(shù)實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化，是工業(yè)自動化的一種重要技術(shù)手段，也是一種低成本自動化技術(shù)[2]。因此在自動切料生產(chǎn)線中以氣動裝置代替人工切料，并自動分揀物料，大大的提高了工作效率，降低了勞動強度。

1 自動切料裝置工作過程

自動切料裝置由傳送帶、三相異步電機、一個雙作用單出雙桿氣缸，一個雙作用單出單桿氣缸，4個磁性開關(guān)，4個光電傳感器、一個可編程控制器組成。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

其具體工作流程如下：防腐磚原料經(jīng)球磨機磨碎攪拌后由雙吸泵加入壓泥板機，除去多余水分經(jīng)適度晾曬后放入真空擠出機，使物料成型。此時物料未經(jīng)高溫?zé)疲?硬度偏低，可以用氣動裝置作為工作動力，進(jìn)行切斷。按下啟動按鈕，傳感器1檢測到真空擠出機出料時，啟動電機，傳送帶運轉(zhuǎn)；當(dāng)傳感器2檢測到物料，關(guān)閉電機，傳送帶停止運轉(zhuǎn)，切料氣缸A動作，帶動刀具下壓，切斷物料；當(dāng)磁性開關(guān)S2檢測氣缸A伸出到位0.5 s后，氣缸A退回。當(dāng)磁性開關(guān)S1檢測到氣缸A退回指定位置0.5 s后，啟動電機，傳送帶繼續(xù)運轉(zhuǎn)。重復(fù)上述工作直至物料用完。

圖1 自動切料裝置結(jié)構(gòu)圖

切好的物料由傳送帶送至傳感器3和4處進(jìn)行檢測，當(dāng)物料長度剛好和兩個傳感器間距一致時，傳感器3的下降沿和傳感器4的上升沿同時有效，則判定為合格產(chǎn)品；物料過長或過短時，氣缸B伸出，將不合格產(chǎn)品推出生產(chǎn)線。當(dāng)磁性開關(guān)S4檢測氣缸B伸出到位0.5 s后，氣缸B退回。磁性開關(guān)S3檢測到氣缸B退回指定位置后，氣缸B停止動作。按下停止按鈕，系統(tǒng)停止動作。

2 氣動回路設(shè)計

自動切料裝置氣動系統(tǒng)如圖2所示，主要有調(diào)壓過濾閥、切料氣缸、推料氣缸、2個二位五通雙控電磁閥組成。氣缸A負(fù)責(zé)切料，需要壓力大、用力均勻，因此選擇雙作用單出雙桿氣缸；氣缸B負(fù)責(zé)將不合格物品推出，選用雙作用單出單桿氣缸。4個單向節(jié)流閥控制氣缸伸縮運動的速度， 從而達(dá)到切斷物料和推出物料的速度要求。4個磁性開關(guān)分別安裝在氣缸A和氣缸B上，通過磁性開關(guān)檢測氣缸所處的位置，送給PLC信號，由程序控制2個二位五通雙控電磁閥的通斷電從而控制氣缸的動作。從節(jié)約氣能角度出發(fā)，應(yīng)盡可能減少閥門、接頭的數(shù)量，減少可能的泄漏點[3]，因此本研究選擇二位五通雙控電磁閥作為氣動裝置控制核心，該氣動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、節(jié)約氣能、便于維護(hù)檢修。

圖2 自動切料裝置氣動系統(tǒng)圖

3 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計

3.1 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

自動切料生產(chǎn)線共有10個數(shù)字信號輸入量，2個按鈕(啟動、停止)，4個光電傳感器，4個磁性開關(guān)；有 5個數(shù)字信號輸出量，分別控制切料氣缸和分揀氣缸伸出、退回，傳送帶電機。因此可編程控制器型號選擇臺達(dá)DVP24ES200R/T，臺達(dá)PLC具有高速、穩(wěn)健、高可靠度的特點。DVP24ES200R/T輸入點數(shù)為16，輸出點數(shù)為8，滿足生產(chǎn)線要求，并具有一定的余量。其I/O輸入輸出變量分配如表1所示。

表1 I/O輸入輸出變量分配表

可編程控制器硬件連接如圖3所示。

3.2 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

自動切料裝置軟件設(shè)計可分為兩大部分，自動切料程序和自動檢測物料程序。當(dāng)光電傳感器2檢測物料到達(dá)指定位置時，氣缸A動作切斷物料，同時傳送帶停止運轉(zhuǎn)。由于物料流出速度不穩(wěn)定，導(dǎo)致裁好的物料有可能尺寸過大或者過小。因此在物料出口處設(shè)置了兩個光電傳感器3和4， 這兩個傳感器距離設(shè)定

圖3 PLC的硬件連接圖

為合格物料的尺寸。如果物料大小合適，則傳感器3的下降沿和傳感器4的上升沿同時有效。如果物料偏大，則傳感器3和4同時都檢測到物料；如果物料偏小，則傳感器4上升沿有效同時傳感器3無信號，這兩種情況氣缸B均動作，將物料推出。其具體程序如圖4所示。

圖4 程序圖

3.3 實際驗證

該自動切料生產(chǎn)線已經(jīng)成功應(yīng)用于某公司防腐磚生產(chǎn)工藝中。生產(chǎn)線建成經(jīng)調(diào)試后能按照預(yù)定動作運行，滿足生產(chǎn)要求。該公司原來采用人工切料的方法，勞動強度大，效率低，子料毛刺多，需要后期二次加工。采用該自動切料生產(chǎn)線后，勞動強度降低，子料邊緣光滑，長度誤差小，合格率高，節(jié)約成本。實際測試數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 手工切料與自動切料情況對比

4 結(jié)論

本研究設(shè)計的自動切料生產(chǎn)線以PLC作為控制核心，以氣壓傳動作為工作動力，是一種低成本的自動化技術(shù)，該生產(chǎn)線具有切料速度快，邊緣整齊，物料分揀準(zhǔn)確率高等特點。經(jīng)實踐證明，該生產(chǎn)線采用氣動裝置代替?zhèn)鹘y(tǒng)手工操作，大大地降低了勞動強度，優(yōu)化了工藝流程，提高了生產(chǎn)效率,具有一定的推廣價值。

參考文獻(xiàn)：

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