基于PLC的自動切料生產線氣動裝置的設計

(河南化工職業學院， 河南 鄭州 450052)

引言

在工業生產中常需要將大塊母料切割成大小相等的子料，傳統作法是先采用人工切料，后期再對長度、邊緣毛刺進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，并將不合格產品推出，實現物料自動分揀。實踐表明氣動控制系統具有結構簡單、輕便、安裝維護容易、無污染等優點[1]。 用氣動自動化控制技術實現生產過程自動化，是工業自動化的一種重要技術手段，也是一種低成本自動化技術[2]。因此在自動切料生產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，4個光電傳感器、一個可編程控制器組成。其結構如圖1所示。

其具體工作流程如下：防腐磚原料經球磨機磨碎攪拌后由雙吸泵加入壓泥板機，除去多余水分經適度晾曬后放入真空擠出機，使物料成型。此時物料未經高溫燒制， 硬度偏低，可以用氣動裝置作為工作動力，進行切斷。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；當傳感器2檢測到物料，關閉電機，傳送帶停止運轉，切料氣缸A動作，帶動刀具下壓，切斷物料；當磁性開關S2檢測氣缸A伸出到位0.5 s后，氣缸A退回。當磁性開關S1檢測到氣缸A退回指定位置0.5 s后，啟動電機，傳送帶繼續運轉。重復上述工作直至物料用完。

圖1 自動切料裝置結構圖

切好的物料由傳送帶送至傳感器3和4處進行檢測，當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，則判定為合格產品；物料過長或過短時，氣缸B伸出，將不合格產品推出生產線。當磁性開關S4檢測氣缸B伸出到位0.5 s后，氣缸B退回。磁性開關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，系統停止動作。

2 氣動回路設計

自動切料裝置氣動系統如圖2所示，主要有調壓過濾閥、切料氣缸、推料氣缸、2個二位五通雙控電磁閥組成。氣缸A負責切料，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負責將不合格物品推出，選用雙作用單出單桿氣缸。4個單向節流閥控制氣缸伸縮運動的速度， 從而達到切斷物料和推出物料的速度要求。4個磁性開關分別安裝在氣缸A和氣缸B上，通過磁性開關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。從節約氣能角度出發，應盡可能減少閥門、接頭的數量，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，該氣動系統結構簡單、節約氣能、便于維護檢修。

圖2 自動切料裝置氣動系統圖

3 PLC控制系統設計

3.1 控制系統硬件設計

自動切料生產線共有10個數字信號輸入量，2個按鈕(啟動、停止)，4個光電傳感器，4個磁性開關；有 5個數字信號輸出量，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DVP24ES200R/T，臺達PLC具有高速、穩健、高可靠度的特點。DVP24ES200R/T輸入點數為16，輸出點數為8，滿足生產線要求，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 控制系統軟件設計

自動切料裝置軟件設計可分為兩大部分，自動切料程序和自動檢測物料程序。當光電傳感器2檢測物料到達指定位置時，氣缸A動作切斷物料，同時傳送帶停止運轉。由于物料流出速度不穩定，導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置了兩個光電傳感器3和4， 這兩個傳感器距離設定

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

該自動切料生產線已經成功應用于某公司防腐磚生產工藝中。生產線建成經調試后能按照預定動作運行，滿足生產要求。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線后，勞動強度降低，子料邊緣光滑，長度誤差小，合格率高，節約成本。實際測試數據如表2所示。

表2 手工切料與自動切料情況對比

4 結論

本研究設計的自動切料生產線以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，該生產線具有切料速度快，邊緣整齊，物料分揀準確率高等特點。經實踐證明，該生產線采用氣動裝置代替傳統手工操作，大大地降低了勞動強度，優化了工藝流程，提高了生產效率,具有一定的推廣價值。

參考文獻：

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[5] 路甬祥.液壓氣動技術手冊 [M].北京：機械工業出版社，2002.