基于PLC的高強鋼筋定長切斷機控制系統(tǒng)設(shè)計

宋佳秋，賈婉君

?

基于PLC的高強鋼筋定長切斷機控制系統(tǒng)設(shè)計

宋佳秋，賈婉君

（燕山大學(xué) 工程訓(xùn)練中心，河北 秦皇島 066004）

設(shè)計了高強鋼筋切斷機的整體結(jié)構(gòu)，對其定長系統(tǒng)和切斷系統(tǒng)的設(shè)計方案進行了詳細(xì)介紹，包括各部分的功能及工作原理，確定了切斷機構(gòu)液壓系統(tǒng)的工作參數(shù)。從技術(shù)需求出發(fā)，設(shè)計了切斷機的控制系統(tǒng)，規(guī)劃了控制流程，完成了電路元器件的選型和PLC程序的編制。實現(xiàn)了鋼筋自動定長切斷，可設(shè)定實時牽引速度顯示，故障報警、自動換刀等多種功能，自動化程度高。在理論和設(shè)計計算的基礎(chǔ)上，進行了樣機的試制，該樣機實現(xiàn)了機電液一體化，改善了傳統(tǒng)牽引速度慢、定尺精度誤差大等缺點。

PLC控制；定長切斷機；高強鋼筋

高強鋼筋作為節(jié)材節(jié)能環(huán)保產(chǎn)品，在水泥預(yù)制構(gòu)件廠、軌枕廠等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，原料經(jīng)盤料架等設(shè)備導(dǎo)入切斷機，通過定長切斷后廠家可直接使用。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，進行切斷[1]。市場上現(xiàn)有的高強鋼筋切斷設(shè)備的運行速度較慢，定長尺寸大時，切斷誤差較大。隨著建筑業(yè)的不斷發(fā)展，對高強鋼筋切斷機的性能、生產(chǎn)效率和自動化程序均提出了較高的要求，而定長切斷機電氣控制系統(tǒng)是該設(shè)備的關(guān)鍵所在[2]。

本文設(shè)計的高強鋼筋定長切斷機自動化生產(chǎn)線，采用江蘇信捷XPG3-30一體機控制，有效實現(xiàn)了高效率、高精度控制，具有良好的人機界面顯示。

1 高強鋼筋定長切斷機總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

高強鋼筋定長切斷機的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括機座、導(dǎo)入裝置、預(yù)調(diào)機構(gòu)、送料箱、液壓剪切機構(gòu)、落料架、液壓站和電控系統(tǒng)。切斷機允許的剪切鋼筋直徑為6～10 mm，切斷長度為2～14 m，切斷誤差≤±1 mm，牽引速度可達100 m/min。在設(shè)備上料前，根據(jù)鋼筋直徑選擇適當(dāng)槽寬的壓輥，當(dāng)鋼筋穿入壓輥后，在上、下壓輥間應(yīng)有3 mm以內(nèi)的間隙。預(yù)調(diào)機構(gòu)由四個水平輥組成，可通過調(diào)整手輪調(diào)整兩個上輥的上下位置，然后鎖緊手輪，保證平穩(wěn)送料。切斷機的定尺機構(gòu)是采用鋼筋推動定尺板移動，使接近開關(guān)發(fā)信號，電磁閥執(zhí)行動作，控制液壓油推動活塞桿帶動上切刀剪斷鋼筋。液壓泵站配套完成切斷機的剪切及料架開合裝置，能夠準(zhǔn)確可靠地完成液壓定尺切斷要求，具有液位、油溫顯示、系統(tǒng)的冷卻及過載保護等功能。

圖1 高強鋼筋切斷機機械結(jié)構(gòu)圖

切斷機的工作流程為：鋼筋進入導(dǎo)入裝置，經(jīng)過預(yù)調(diào)機構(gòu)和送料箱，沿著落料架，撞擊定尺機構(gòu)，推動定尺板移動，接近開關(guān)發(fā)出電信號，電磁閥動作，馬達停轉(zhuǎn)，繼而控制液壓油推動活塞桿動作執(zhí)行剪切和開關(guān)落料架的任務(wù)，完成一根的剪切任務(wù)后，馬達重新開始工作，進行下一根的剪切，直到人為停止設(shè)備工作或者達到預(yù)先設(shè)定的切斷數(shù)量。

2 控制系統(tǒng)的設(shè)計

2.1 設(shè)計要求和難點

（1）馬達。在液壓泵站運行后，啟動馬達，工作結(jié)束后停止，在工作過程中當(dāng)發(fā)生過載、短路等故障時可自動停機；在工作過程中，由控制系統(tǒng)決定馬達的啟停，系統(tǒng)控制器為PLC，根據(jù)切斷要求，接收到剪切控制信號后，馬達停轉(zhuǎn)，剪切過程結(jié)束后恢復(fù)工作狀態(tài)。

（2）剪切落料。當(dāng)定尺機構(gòu)受到鋼筋撞擊，接近開關(guān)產(chǎn)生信號，經(jīng)PLC處理后，發(fā)送給液壓站上的電磁閥信號，控制切刀出刀，落料架開合，剪切落料完畢后，電磁線圈復(fù)位，同時馬達恢復(fù)運行。

（3）定尺板位置調(diào)整。定尺機構(gòu)設(shè)計安裝在料槽中，當(dāng)切斷長度發(fā)生變化，定尺機構(gòu)位置需要適時調(diào)整。設(shè)計時要避免在此環(huán)節(jié)發(fā)生誤動作。設(shè)計一帶燈按鈕，指示燈亮起做警示，此時料架開門，其余動作都不能啟動，可保證操作人員的安全，當(dāng)定尺板更換完畢后，需手動按下按鈕恢復(fù)，方可繼續(xù)其他工作。

（4）人機界面。以觸摸屏為上位機，以PLC為下位機，通過觸摸屏對PLC進行控制和參數(shù)設(shè)置，以及顯示系統(tǒng)運行的一些重要參數(shù)。

系統(tǒng)控制的難點主要在對切斷精度的保證，鋼筋在料架中高速運行，當(dāng)撞擊到定尺板時鋼筋由于慣性產(chǎn)生一個回彈現(xiàn)象，會造成一定彎曲誤差，由于電磁閥執(zhí)行機構(gòu)也存在一定的延時誤差，影響設(shè)備的精度，為保證精度而下調(diào)速度則會影響設(shè)備的運行效率，所以在電氣控制系統(tǒng)設(shè)計中，利用PLC時間繼電器對剪切時序進行精準(zhǔn)設(shè)計，可以高速度、高精度地實現(xiàn)鋼筋的定長切斷。

2.2 控制系統(tǒng)硬件

控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計如下：空氣開關(guān)、PLC、開關(guān)電源、固態(tài)繼電器等安裝在電氣控制柜內(nèi)；接近開關(guān)安裝在定尺機構(gòu)內(nèi)部，電磁閥等安裝在液壓泵站。

控制原理如下：啟動液壓站及其冷卻裝置，啟動送料，鋼筋進入設(shè)備，當(dāng)?shù)竭_定尺裝置時，接近開關(guān)發(fā)出信號，傳輸給PLC，PLC內(nèi)部程序控制馬達停轉(zhuǎn)，輸出驅(qū)動固態(tài)繼電器SSR4、SSR5、SSR6、SSR7線圈得電，完成出刀、回刀電磁閥，料門開、關(guān)電磁閥的時序動作，完成剪切后，馬達復(fù)位重新開始運行牽引過程。

控制系統(tǒng)PLC硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 控制系統(tǒng)PLC硬件結(jié)構(gòu)示意圖

2.3 PLC程序設(shè)計

根據(jù)生產(chǎn)線的工藝和控制要求，確定了液壓泵站、牽引運行、剪切、開關(guān)料架等動作的先后次序和相互關(guān)系，確定PLC各輸入與輸出間的邏輯關(guān)系[3]。PLC主程序包括設(shè)備的起運行、切斷控制、料架開合、參數(shù)設(shè)置、切斷計數(shù)和運行速度顯示等，如圖3所示。

3 人機界面

為使操作簡單，便于進行參數(shù)設(shè)置，且能直觀顯示系統(tǒng)運行狀態(tài)，本系統(tǒng)使用了XPG3- 30PLC一體機的HMI畫面部分，使用的軟件為TouchWin編輯工具。

通過觸摸屏的操作界面，可以方便地設(shè)置和顯示本控制系統(tǒng)的運行參數(shù)，如根據(jù)切斷長度需要調(diào)整在切斷過程中各電磁閥的得電時間、設(shè)定初始要完成的切斷任務(wù)量，還可以顯示牽引運行速度、現(xiàn)已完成的切斷數(shù)量等，顯示畫面清晰，所有操作界面和提示信息清晰明確，操作過程一目了然。觸摸屏的設(shè)計包括創(chuàng)建畫面和信息，并將它們和PLC程序相配合，根據(jù)系統(tǒng)功能要求，設(shè)計了控制頁面、參數(shù)設(shè)置、顯示頁面等界面，運行顯示畫面可實時顯示當(dāng)前設(shè)定的完成量、已切斷數(shù)量、切斷長度及現(xiàn)運行速度等信息。

圖3 主程序流程圖

4 樣機運行調(diào)試

整機零件設(shè)計加工、完成裝配后進行樣機調(diào)試。樣機的整體結(jié)構(gòu)如圖4所示。在觸摸屏上設(shè)定好剪切時序時間，設(shè)定切斷的長度和數(shù)量，待料導(dǎo)入設(shè)備，點擊送料按鈕，鋼筋運行，當(dāng)鋼筋運行到定尺機構(gòu)，完成剪切動作，當(dāng)完成設(shè)定的數(shù)量后停止，隨后關(guān)閉液壓泵站，運行效果良好。

圖4 樣機機械結(jié)構(gòu)圖

5 結(jié)束語

設(shè)計了高強鋼筋定長切斷機的電氣控制系統(tǒng)，進行自動化流水線作業(yè)，節(jié)省了勞動力，減低了工人的勞動強度。可以根據(jù)不同切斷長度調(diào)整定尺機構(gòu)，采用了PLC控制，牽引速度高，定尺精度準(zhǔn)，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)緊湊，通過觸摸屏設(shè)計的人機界面，可以方便地控制和顯示系統(tǒng)參數(shù)，操作直觀方便，使用維護方便，安全性能高。

[1]李英波，等. 高速自動校直切斷機控制系統(tǒng)設(shè)計[J]. 制造業(yè)自動化，2000，17（2）：33-35.

[2]安愛琴，等. 基于PLC自動定尺切斷機系統(tǒng)設(shè)計[J]. 煤礦機械，2013，34（3）：173-175.

[3]王永華. 現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)[M]. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2005.

[4]陳蘭. 基于西門子PLC的切斷機定長切斷控制系統(tǒng)[J]. 無線互聯(lián)科技，2017，11（6）：145-146.

[5]包一辰. 基于PLC及變頻調(diào)速小區(qū)恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計[J]. 機電工程技術(shù)，2017，46（2）：42-48.

Design on Control System of the High-Strength Steel Bar Fixed Length Shear Based on PLC

SONG Jiaqiu，JIA Wanjun

(Engineering Training Center, Yanshan University, Qinhuangdao 066004, China )

In this paper, the overall structure of high-strength steel bar is designed, the design scheme of its fixed-length system and cutting system is introduced in detail, including function and working principle of each part, and then the working parameters of the hydraulic system are determined. From the technical requirement, the control system is designed, the control flow is programmed, the selection of the circuit components and the programming of PLC are completed. Automatic fixed-length and cutting can be realized, real-time traction speed display, fault alarm, automatic knife changing and other functions can be set up, and automatic level is high. On the basis of theory analysis and design calculation, a prototype is made, it realizes the integration of electromechanical fluid, the shortcomings of the conventional traction speed and the error of the fixed ruler precision are improved.

PLC control；fixed-length shear；high-strength steel bar

TU649

A

1006－0316 (2018) 04－0063－04

10.3969/j.issn.1006-0316.2018.04.015

2017－09－15

秦皇島市科學(xué)技術(shù)研究與發(fā)展計劃項目（201502A007）

宋佳秋（1983－），女，黑龍江佳木斯人，碩士研究生，實驗師，主要研究方向為復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)同步與控制、PLC控制理論應(yīng)用。