橡膠混煉膠片冷卻裝置傳輸系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)★

柯 良， 黃飛飛

（浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院， 浙江 紹興 312000）

引言

橡膠工業(yè)是國民經(jīng)濟的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)之一，提升橡膠工業(yè)智能化水平和能源利用效率，對于實現(xiàn)智能制造、實現(xiàn)“雙碳”目標具有重要的戰(zhàn)略意義。膠片冷卻裝置可以實現(xiàn)橡膠混煉膠片的接取、縱切、打標、冷卻、自動裁斷等功能，是橡膠制品生產(chǎn)過程的關(guān)鍵加工設(shè)備。如今橡膠機械的發(fā)展也是緊跟整個機械行業(yè)前進的步伐，高分子材料制品生產(chǎn)設(shè)備從過去的需要工人現(xiàn)場操作、效率不高的狀態(tài)逐漸朝著自動化、無人化、智能化與輕量化發(fā)展。而膠片冷卻裝置的傳輸系統(tǒng)直接關(guān)系到混煉生產(chǎn)線的運行效果和效率，其設(shè)計和制造十分重要。本文以西門子公司S7-1200 系列PLC 作為系統(tǒng)的主要控制器[1]，以O(shè)penMV 攝像頭作為主要機器視覺識別元件，實現(xiàn)混煉膠片穩(wěn)定傳輸、膠片位置調(diào)整、穩(wěn)定識別等功能，保證混煉膠片的精準、高效、穩(wěn)定的分揀和傳輸。

1 混煉膠片傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.1 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)混煉膠片傳輸系統(tǒng)的設(shè)計要求，系統(tǒng)應該需要具備傳輸、識別擺正、掃碼分類、直角轉(zhuǎn)向等功能。為此設(shè)計以下機構(gòu)以實現(xiàn)系統(tǒng)功能（三維模型如圖1 所示）：輥筒傳輸機構(gòu)、同步帶調(diào)整機構(gòu)、傳送帶升降機構(gòu)、麥克納姆輪轉(zhuǎn)向機構(gòu)。

圖1 橡膠混煉膠片冷卻裝置傳輸系統(tǒng)三維模型

混煉膠片由輥筒傳輸機構(gòu)進入傳輸系統(tǒng)，經(jīng)過同步帶調(diào)整機構(gòu)調(diào)整膠片位置，確保膠片在進入識別區(qū)域時能夠保證統(tǒng)一方向。經(jīng)過同步帶調(diào)整機構(gòu)的膠片以相對確定的方向經(jīng)過麥克納姆輪轉(zhuǎn)向機構(gòu)，90°轉(zhuǎn)向后來到識別分揀區(qū)域。識別模塊通過掃描膠片上貼的條形碼獲取信息，將得到的信息與訂單信息核對比較。最后，通過傳送帶升降機構(gòu)將膠片送往不同傳輸線。

1.2 輥筒傳輸機構(gòu)設(shè)計

輥筒傳輸機構(gòu)如圖2 所示，主要由鏈輪、輥筒鏈條、輥筒驅(qū)動步進電機、掃碼位置光電、掃碼模塊組成。輥筒傳輸機構(gòu)由步進電機驅(qū)動鏈輪鏈條，再由鏈條帶動一條線上的鏈輪滾筒實現(xiàn)傳輸運動。膠片由輥筒帶動向前移動，當安裝于掃碼模塊前的光電傳感器檢測到膠片到達位置時，停止機構(gòu)的運行。當膠片識別完成時，輥筒傳輸機構(gòu)再次運行。配合傳送帶升降機構(gòu)進行膠片的分揀工作。

圖2 輥筒傳輸機構(gòu)結(jié)構(gòu)圖

1.3 同步帶調(diào)整機構(gòu)設(shè)計

如下頁圖3 所示為同步帶調(diào)整機構(gòu)，機構(gòu)主要由同步帶、同步帶輪、同步帶驅(qū)動伺服電機、同步帶墊板、調(diào)整位置光電、OpenMV 組成。調(diào)整機構(gòu)安裝于識別分揀系統(tǒng)前部，主要功能是擺正進入識別區(qū)域的膠片位置，是提高系統(tǒng)準確性的重要機構(gòu)。機構(gòu)的工作原理為：當膠片進入調(diào)整機構(gòu)后，由兩條獨立運動的同步帶使膠片向前運動，在膠片移動過程中，OpenMV 攝像頭不斷檢測移動中的膠片姿態(tài)，如果膠片傾斜的角度大于設(shè)定的閾值角度。攝像頭便會將當前膠片的傾斜角度返回主控板，主控板根據(jù)角度，通過伺服電機驅(qū)動兩個同步帶正反、差速運動，從而完成膠片的調(diào)整。

圖3 同步帶調(diào)整機構(gòu)結(jié)構(gòu)圖

1.4 傳送帶升降機構(gòu)設(shè)計

如圖4 所示為傳送帶升降機構(gòu)。主要由升降氣缸、傳送帶驅(qū)動電機、連接鉸鏈、動力輥筒、無動力輥筒、傳送帶組成。該機構(gòu)主要由兩部分運動構(gòu)成：傳送帶的傳動和氣缸的升降。當前面的掃碼分揀機構(gòu)得到識別數(shù)據(jù)后，直流電機帶動主動輥筒轉(zhuǎn)動，傳送帶便能緊貼主動輥筒轉(zhuǎn)動傳輸，為了能夠保證傳動的平穩(wěn)，在主動輥筒和從動滾筒間加入無動力輥筒來支撐傳動帶。傳送帶升降機構(gòu)的主要功能是配合掃碼模塊，將系統(tǒng)區(qū)分好的膠片傳向不同的傳輸線。

圖4 傳送帶升降機構(gòu)結(jié)構(gòu)圖

2 控制系統(tǒng)設(shè)計

控制系統(tǒng)是為了實現(xiàn)機械機構(gòu)功能而專門設(shè)計的，以系統(tǒng)完整、操作簡單、易于實現(xiàn)為設(shè)計要求。以西門子PLC 作為主控器，接收攝像頭、掃碼模塊、光電傳感器等模塊的輸入型號，通過對輸入信號的處理，從而對氣缸、電機等一系列驅(qū)動部分進行控制。向上接受訂單分揀指令，獲取攝像頭、掃碼模塊、光電傳感器等模塊的輸入信號，向下對接各類電機及氣缸等執(zhí)行機構(gòu)實現(xiàn)底層設(shè)備的驅(qū)動、膠片位置的校對檢測、運輸?shù)冗^程的控制及信息傳遞，控制系統(tǒng)功能框架如圖5 所示。

圖5 控制系統(tǒng)功能框架

本系統(tǒng)使用西門子S7-1200 系列PLC 作為主控板，通過PLC 控制系統(tǒng)運行，能夠連續(xù)、大批量地分揀膠片，分揀誤差率低，而且可顯著提高勞動生產(chǎn)率[2-3]?？刂葡到y(tǒng)共有14 路輸入信號，如表1 所示，包括攝像頭和掃碼模塊信號，共有16 路輸出信號，如表2 所示，分別控制輥筒、同步帶連接的電機和氣缸等執(zhí)行元件，控制系統(tǒng)PLC 接線圖如下頁圖6 所示[4]，部分PLC 控制程序如下頁圖7 所示。

圖6 PLC 接線圖

圖7 PLC 控制程序

表1 PLC 輸入地址分配表

表2 PLC 輸出地址分配表

3 結(jié)語

本文所設(shè)計的橡膠混煉膠片冷卻裝置傳輸系統(tǒng)以橡膠混煉膠片生產(chǎn)企業(yè)需求為目標，完成了輥筒傳輸、同步帶調(diào)整、傳送帶升降等機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，明確了機器控制系統(tǒng)框架，根據(jù)設(shè)計要求選定合適的控制、執(zhí)行、檢測元器件，選擇PLC 作為控制核心，設(shè)計了可靠的電氣系統(tǒng)，使傳輸?shù)母鳈C械裝置能夠按照邏輯控制順序，聯(lián)動實現(xiàn)傳輸、膠片位置調(diào)整、標識識別等功能，混煉膠片實現(xiàn)了精準、高效、穩(wěn)定分揀和傳輸，并采用了視覺檢測，使傳輸更加智能化，滿足了設(shè)計需求。