自動(dòng)化半圓塑料管切斷機(jī)設(shè)計(jì)

尹細(xì)妹（中山市技師學(xué)院，廣東中山528403）

自動(dòng)化半圓塑料管切斷機(jī)設(shè)計(jì)

尹細(xì)妹
（中山市技師學(xué)院，廣東中山528403）

基于三菱FX系列PLC和科威文本W(wǎng)SP-0301組成的電氣控制系統(tǒng)，及其相關(guān)的硬件配置和軟件設(shè)計(jì)。運(yùn)用PLC技術(shù)、編碼器技術(shù)與人機(jī)界面相結(jié)合，解決半圓塑料管的自動(dòng)切斷，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制要求。

PLC；編碼器；高速計(jì)數(shù)；切斷

0　引言

新型產(chǎn)業(yè)LED塑料節(jié)能日光燈管中的塑料燈管是采用進(jìn)口光擴(kuò)散原料擠壓壓制成型。原料先壓制成半圓管，通過定長切斷并打包防止刮花，再一箱箱分批送入裝配車間進(jìn)加工，最后把兩半圓合并為一根完整的燈管。所謂定長切斷，是指根據(jù)生產(chǎn)需要，設(shè)定某一特定長度尺寸，進(jìn)行切斷。采用人工切斷雖然也可以達(dá)到效果，但一對一跟進(jìn)，工作勞動(dòng)強(qiáng)度大，加工尺寸偏差大，效率低，不得不面臨淘汰危機(jī)。因此，高效率，高精度的自動(dòng)化塑料管半圓定長切斷機(jī)在產(chǎn)業(yè)升級中必定取而代之。而定長切斷機(jī)電氣控制系統(tǒng)則是該設(shè)備的關(guān)鍵所在。

1　半圓塑料管切斷機(jī)簡介

1.1半圓塑料管切斷機(jī)的結(jié)構(gòu)圖

如圖1所示[1]，半圓塑料管切斷機(jī)，電氣控制2ST和3ST兩個(gè)工位。而1ST進(jìn)料貼膜擠壓輸送工位，受前面其他加工工位控制箱的控制。該工位原理是由進(jìn)料電機(jī)帶動(dòng)皮帶主輪正方向轉(zhuǎn)動(dòng)，由齒輪傳遞帶動(dòng)導(dǎo)輪反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，形成一個(gè)往里擠壓輸送的力。在該工位出料口安裝一個(gè)精度在2000P/R的編碼器，與進(jìn)料電機(jī)主輪同軸轉(zhuǎn)動(dòng)，是實(shí)現(xiàn)定長高速計(jì)數(shù)的關(guān)鍵一步。

2ST為一個(gè)可左右滑動(dòng)的切斷工作臺，原位置在最左端，它的復(fù)位是靠一個(gè)牽引重錘拉力回位。該工位上有夾緊和切斷執(zhí)行氣缸，是切斷機(jī)的主體部分。3ST為一個(gè)排料工作臺，實(shí)現(xiàn)排料功能。

1.2半圓塑料管切斷機(jī)的加工流程

產(chǎn)品切斷加工，啟動(dòng)設(shè)備后，預(yù)先設(shè)定加工切斷所需的長度，當(dāng)1ST進(jìn)料電機(jī)運(yùn)行導(dǎo)輪轉(zhuǎn)動(dòng)后，旋轉(zhuǎn)編碼器開始高速計(jì)數(shù)，產(chǎn)品半圓塑料管開始進(jìn)料向右延伸。

當(dāng)高速計(jì)數(shù)滿足條件后，夾緊氣缸動(dòng)作下降壓緊，同時(shí)復(fù)位高速計(jì)數(shù)器編碼器重新計(jì)數(shù)，工作臺隨著產(chǎn)品輸送延伸力繼續(xù)往右移動(dòng)；當(dāng)夾緊氣缸夾緊產(chǎn)品后，切斷氣缸動(dòng)作下降，切刀片下降到位，半圓塑料管被切斷；切斷氣缸立即上升復(fù)位，再復(fù)位夾緊氣缸上升松開，切斷工作滑臺隨重錘拉力回到最左端的初始原位。

同時(shí)3ST工位，排料氣缸下降，將切斷加工的產(chǎn)品順流而下排出，氣缸再上升復(fù)位。直到下一個(gè)高速計(jì)數(shù)條件滿足，再動(dòng)作夾緊，切斷，排料，依次循環(huán)。

1.3控制要求

（1）半圓塑料管切斷機(jī)，可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)、自動(dòng)切割。切斷長度可根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要進(jìn)行調(diào)整。手動(dòng)切斷時(shí)，每按一下啟動(dòng)鍵，切斷出一個(gè)產(chǎn)品出來；自動(dòng)切斷時(shí)，按下啟動(dòng)鍵后，編碼器開始高速計(jì)數(shù)，每當(dāng)高速計(jì)數(shù)條件滿足，就切斷出一個(gè)定長合格的產(chǎn)品（調(diào)機(jī)的第一個(gè)產(chǎn)品除外），尺寸誤差在正負(fù)1mm范圍內(nèi)。

（2）半圓塑料管切斷機(jī)，手動(dòng)切斷和自動(dòng)切斷分別計(jì)數(shù)，當(dāng)產(chǎn)品總數(shù)到達(dá)預(yù)定數(shù)量的最后一個(gè)從開始貼膜加工起，報(bào)警蜂鳴器響，柱燈紅燈1s閃爍一次，提示框箱已滿，提醒工作人員更換空箱裝載。當(dāng)加工完最后一個(gè)工件后，所有的工件計(jì)數(shù)器復(fù)位，蜂鳴器、柱燈報(bào)警解除，繼續(xù)工作。

圖1　半圓塑料管切斷機(jī)結(jié)構(gòu)圖

（3）半圓塑料管切斷機(jī)，上電紅燈常亮。當(dāng)在手動(dòng)運(yùn)行模式時(shí)，按一下啟動(dòng)按鈕，切斷加工出一個(gè)產(chǎn)品，綠燈1s閃爍一次；當(dāng)在自動(dòng)運(yùn)行模式時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕，紅燈滅，綠燈常亮，開始自動(dòng)加工；按下緊急停止，PLC停止輸出，切斷機(jī)全部氣缸都復(fù)位，報(bào)警燈紅燈亮，蜂鳴器響。打回手動(dòng)模式，蜂鳴器報(bào)警解除。

表1　電氣元件表

從上述要求可看出，切斷機(jī)關(guān)鍵在于半圓塑料管長度的設(shè)定和編碼器的脈沖數(shù)計(jì)算。因此使用編碼器高速計(jì)數(shù)和PLC浮點(diǎn)運(yùn)算成為最佳選擇。

2　實(shí)施方案

2.1硬件設(shè)計(jì)

（1）設(shè)備選型

半圓塑料管切斷機(jī)，由于產(chǎn)品的切斷長度可變，需要數(shù)據(jù)更改和保存；加工過程中需要距離測試計(jì)算和執(zhí)行器件的動(dòng)作延時(shí)計(jì)算；因此，以科威文本KEC320組態(tài)應(yīng)用軟件為核心的控制方式是最佳選擇。

在系統(tǒng)能穩(wěn)定工作且可滿足控制要求的基本前提下，設(shè)備選擇是以高性價(jià)比為首要目標(biāo)，本電氣控制系統(tǒng)硬件由三菱FX2N-16MR型PLC[1]，科威WSP-0301文本顯示器，編碼器E6B2-CWZ6C 2000P/R，220V氣動(dòng)電磁閥4V210-8等構(gòu)成。具體內(nèi)容如表1。

（2）電氣控制主電路設(shè)計(jì)

由于1ST進(jìn)料電機(jī)受前工位的電箱控制，本切斷機(jī)僅負(fù)責(zé)切斷和排料功能，故本設(shè)備的電源進(jìn)線只需單相電壓220 V，主要分兩路，一路是給PLC供電，一路是給氣缸電磁閥供電。詳圖如圖2所示。

圖2　電氣控制主電路

（3）PLC外部接線設(shè)計(jì)

根據(jù)控制要求，可以看出PLC輸入端需要用手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)，啟動(dòng)按鈕，停止按鈕和編碼器（A/B/C三相分別占用X0/X1/X2）。輸出端則有驅(qū)動(dòng)夾緊電磁閥的KA1，驅(qū)動(dòng)切刀切斷電磁閥的KA2，驅(qū)動(dòng)排料電磁閥的KA3，自動(dòng)運(yùn)行中指示柱燈綠燈，報(bào)警柱燈紅燈和蜂鳴器，如圖3所示[2]。

圖3　PLC外部接線圖

（4）操作面板設(shè)計(jì)

操作面板是由科威WSP-0301文本顯示器[2]，電源指示燈，兩檔轉(zhuǎn)換開關(guān)SA1，啟動(dòng)按鈕SB1，停止按鈕SB2組成。具體位置分布如圖4所示。

圖4　操作面板圖

2.2軟件設(shè)計(jì)

（1）可編程序控制器的程序編寫

切斷機(jī)采用三菱FX系列PLC，編程軟件用GX Developer應(yīng)用軟件，程序大致可分為三個(gè)步驟編寫，第一步驟編寫測量長度的程序，例如編碼器（2 000 P/R）走4 000個(gè)高速脈沖，即編碼器轉(zhuǎn)兩圈切斷出來的工件，度量其長度，為下一步程序計(jì)算每個(gè)脈沖能走的距離做準(zhǔn)備。如圖5所示。

圖5　程序圖（1）

第二步，通過第一步驟的現(xiàn)場試加工測試，4000個(gè)高速脈沖（編碼器轉(zhuǎn)兩圈），切斷出的產(chǎn)品是990mm（為了提高精度，特將測量值放大10倍），因此第二步編程可利用這4 000個(gè)脈沖走的距離，通過浮點(diǎn)運(yùn)算，計(jì)算出一個(gè)脈沖走的距離值D12。只要通過文本進(jìn)行定長長度值設(shè)定，就能計(jì)算編碼器走該段距離所需要的脈沖數(shù)。如圖6所示。

圖6　程序圖（2）

圖7　程序圖（3）

第三步，結(jié)合前面的步驟，解決自動(dòng)切斷加工問題。編碼器轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下，按下自動(dòng)加工后，高速計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)。當(dāng)高速計(jì)數(shù)器C235值達(dá)到D20值時(shí)，M10置位，切斷機(jī)的夾緊氣缸動(dòng)作，同時(shí)復(fù)位高速計(jì)數(shù)器；當(dāng)夾緊氣缸下降到位后，切斷氣缸動(dòng)作下降切斷半圓塑料管，到位后立即復(fù)位，然后排料氣缸下降排料，最后全部氣缸復(fù)位。值得稱贊的是，該設(shè)備還進(jìn)行了手/自動(dòng)切斷加工工件計(jì)數(shù)，滿料時(shí)可以柱燈紅燈1s閃爍和蜂鳴器響進(jìn)行報(bào)警提示，圖7為部分程序截圖。

（2）文本顯示器組態(tài)軟件編寫

文本顯示編寫分為四個(gè)畫面。

第一個(gè)畫面為主畫面，也是畫面1，如圖8所示，顯示目前切斷加工總次數(shù)，當(dāng)滿料報(bào)警加工數(shù)D230值與正在進(jìn)行的加工數(shù)值D224相等時(shí)，柱燈紅燈閃爍，蜂鳴器響，提示滿料。

圖8　畫面1圖

第二個(gè)是畫面2，如圖9所示，為該切斷機(jī)半圓塑料管長度設(shè)置，由于該參數(shù)設(shè)置屬于產(chǎn)品長度規(guī)格設(shè)定，故設(shè)置密保措施。

圖9　畫面2圖

第三個(gè)畫面是參數(shù)設(shè)定1，如圖10所示，主要在調(diào)機(jī)時(shí)設(shè)置夾緊氣缸動(dòng)作后延時(shí)啟動(dòng)切刀上的切斷氣缸動(dòng)作時(shí)間D200值，切刀下降保持及延時(shí)啟動(dòng)排料閥下降時(shí)間D201值，排料下降閥保持及延時(shí)夾緊氣缸上升復(fù)位D202值。

圖10　參數(shù)設(shè)定1圖

第四個(gè)畫面是機(jī)器加工使用次數(shù)，如圖11所示，手動(dòng)加工與自動(dòng)加工次數(shù)清零，通過該畫面能夠直觀地了解定長切斷機(jī)的工作情況。

圖11　機(jī)器加工使用次數(shù)圖

補(bǔ)充：科威文本顯示器與三菱PLC之間的通信連接是采用RS422通信線連接，如圖13。因此先設(shè)置該文本的連接PLC類型，方可正常通信。設(shè)置內(nèi)容如圖12。

圖12　PLC及通訊參數(shù)選擇圖

圖13　通信連接圖

3　結(jié)束語

該半圓塑料管切斷機(jī)，自動(dòng)加工切斷運(yùn)行投入使用后，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化加工。原本一臺設(shè)備生產(chǎn)加工，需要兩個(gè)工人忙個(gè)不停，現(xiàn)在可以一個(gè)工人就兼顧兩臺甚至三臺設(shè)備的加工。減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度的同時(shí)，又提高了生產(chǎn)效率，得到了客戶的一致好評。

［1］初航.三菱FX系列PLC［J］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

［2］黃石科威自控有限公司.WSP0301-24使用手冊V1.2［Z］.2010.

(編輯：向飛)

The Design of Automated Semicircular Plastic Pipe Cutter

YIN Xi-mei
（Zhongshan Technician College，Zhongshan528403，China）

Based on the consistsofMITSUBISHIFX series PLC and WSP-0301 Kewei textelectric controlsystem,and theirassociated of hardware configuration and software design.Using PLC technology and encoder technology combined with human machine interaction to solve the plastic tubeautomatically cutoff.So that to realize theautomatic control requirements.

PLC；encoder technology；high speed count；cutoff

TP27

A

1009－9492(2015)06－0068－05

10.3969/j.issn.1009-9492.2015.06.017

2015－02－16

尹細(xì)妹，女，1973年生，廣東中山人，大學(xué)本科，講師。研究領(lǐng)域：電子與電氣技術(shù)。已發(fā)表論文3篇。