基于PLC與液壓的塑料管材自動切割裝置的設計

韓以倫，邱鵬程，姬光青，李　梅，朱　倩HAN Yi-lun，　QIU Peng-cheng，　JI Guang-qing，　LI Mei，　ZHU Qian（山東科技大學 交通學院，青島 266590）

基于PLC與液壓的塑料管材自動切割裝置的設計

韓以倫，邱鵬程，姬光青，李梅，朱倩
HAN Yi-lun，QIU Peng-cheng，JI Guang-qing，LI Mei，ZHU Qian
（山東科技大學 交通學院，青島 266590）

為提高塑料管材切割效率和自動化水平，設計了基于PLC與液壓的塑料管材自動切割裝置。該裝置為一套機電液一體化設備，對機械系統進行了結構設計，采用液壓作為傳動系統，結合先進的控制理論，以PLC作為控制系統，機電液一體化，實現塑料管材的精確定位與自動化切割。

塑料管材；切割；PLC；液壓；自動化

0　引言

塑料管材在機械加工、水暖安裝、建筑、礦井給排水、通風等領域被廣泛應用，往往需要對塑料管材進行定長切割，隨著該行業的高速發展，實現塑料管材的自動化高效切割顯得十分重要。本課題設計的基于PLC與液壓的塑料管材自動切割裝置，實現了塑料管材的精確定位與自動化切割，提高了塑料管材的切割效率。

1　機械系統的結構設計及工作流程分析

1.1機械系統的結構設計

基于PLC與液壓的塑料管材自動切割裝置機械機構如圖1所示，主要包括液壓夾具、切割機構、推進機構和輸送機構四大部分。

液壓夾具實現塑料管材的定位和夾緊。液壓夾具由液壓缸一、液壓缸二、V形夾具一、V形夾具二、支架一和支架二組成。液壓缸一和液壓缸二分別由支架一和支架二支撐，V形夾具一和V形夾具二組分別由液壓缸一和液壓缸二驅動同步夾緊或放松，將塑料管材放入液壓夾具后，液壓缸一和液壓缸二同時同速動作，將塑料管材夾緊至預定壓力值。

切割機構實現塑料管材的切割。切割機構由鋸片銑刀、驅動電機和工作臺組成。驅動電機安裝在工作臺上，驅動電機驅動鋸片銑刀做旋轉運動切割塑料管材。工作臺上設有行程開關一，工作臺上設有下料口。

推進機構驅動鋸片銑刀的進刀與退刀。推進機構由液壓缸三、導軌、基座和機架組成。工作臺與基座之間設有導軌，液壓缸推動切割機構在導軌內運動。基座上設有下料口，當鋸片銑刀切斷塑料管材時，基座和工作臺上的下料口恰好對齊，切好的塑料管件經下料口落到輸送帶上。基座上設有行程開關二和行程開關三。

輸送機構為一套輸送帶，安裝在機架上，當塑料管件落到輸送帶上時，輸送帶將塑料管件輸送出去。

圖1　塑料管材自動切割裝置結構示意圖

1.2機械系統的工作流程分析

進行液壓傳動系統和電氣控制系統設計之前，首先要對機械系統工作流程進行梳理。其工作流程如下：

1）按下啟動按鈕，驅動電機、輸送帶和液壓泵啟動。

2）塑料管材觸碰行程開關一，液壓夾具定位夾緊塑料管材。

3）液壓夾具中的壓力繼電器動作，鋸片銑刀進刀。

4）推進機構觸碰行程開關三，鋸片銑刀退刀。

5）推進機構觸碰行程開關二，鋸片銑刀靜止，液壓夾具放松。

6）重復步驟2）。

7）塑料管材加工完畢后，按下停止按鈕，驅動電機、輸送帶和液壓泵停止工作。

2　液壓系統的構成及原理分析

2.1液壓系統的構成

該液壓系統由三位四通換向閥、調速閥、液壓缸、壓力繼電器、單向閥、溢流閥、液壓泵和油箱組成，其液壓系統原理如圖2所示。

圖2　液壓系統原理圖

2.2液壓系統的原理分析

液壓系統的工作原理如下：

2）塑料管材到位后，行程開關一得到信號，電磁鐵1YA得電，三位四通換向閥一右位工作，液壓缸一和液壓缸二同步動作，液壓夾具將塑料管材夾緊。

3）與液壓缸一和液壓缸二無桿腔連通的油路中設有壓力繼電器，達到預定壓力時，控制系統三位四通換向閥一中位工作，電磁鐵3YA得電，三位四通換向閥二右位工作，液壓缸三驅動鋸片銑刀進刀。調速閥一和調速閥二調節流量實現慢工進，快工退。

4）當推進機構觸碰行程開關三時，電磁鐵4YA得電，三位四通換向閥二左位工作，驅動鋸片銑刀退刀。

5）當推進機構觸碰行程開關二后，三位四通換向閥二中位工作，推進機構靜止，電磁鐵2YA得電，三位四通換向閥一左位工作，液壓缸一和液壓缸二同步動作，液壓夾具放松。

6）重復步驟2）。

7）塑料管材加工完畢后，按下停止按鈕，液壓泵停止工作。

根據液壓系統的原理分析繪制電磁鐵動作順序表如表1所示。

但是，商業銀行金融產品單一，而且創新效果并不理想，產品同質化比較嚴重，這些都是商業銀行需要進行金融產品創新的重要原因。

表1　電磁鐵動作順序表

3　PLC控制系統的軟硬件設計

3.1PLC選型

根據控制系統要求，從經濟性、可靠性等方面考慮，選擇西門子S7-200系列PLC作為基于PLC與液壓的塑料管材自動切割裝置的控制主機。此控制系統共有6個數字輸入量，7個數字輸出量，共需要13個數字量I/ O，根據I/O點數，以及程序容量和控制的要求，選擇CPU224作為控制系統的主機。

3.2I/O分配

在這個控制系統中，PLC輸入信號包括啟動按鈕、關閉按鈕、壓力繼電器和三個行程開關。輸出信號包括三個接觸器和四個電磁鐵，接觸器控制電機，電磁鐵控制三位四通換向閥。基于PLC與液壓的塑料管材自動切割裝置的I/O分配表如表2所示。

表2　I/O分配表

3.3繪制PLC硬件接線圖

根據系統的控制要求、硬件框架及I/O分配情況，基于PLC與液壓的塑料管材自動切割裝置PLC控制部分的硬件接線圖如圖3所示。

圖3　PLC硬件接線圖

3.4繪制狀態轉移圖

采用狀態轉移圖的編程方法進行編程，其狀態轉移圖如圖4所示。

圖4　狀態轉移圖

3.5繪制梯形圖

根據狀態轉移圖繪制梯形圖，如圖5所示。

圖5　梯形圖

5　結論

1）進行了機械系統的結構設計。所設計的液壓夾具定位精準；所采用鋸片銑刀切割管件能夠實現高效切割；利用重力實現塑料管材的自動上料，結構簡單。

2）設計了液壓系統作為傳動系統。采用了液壓缸作為刀具進給的動力源，使切割工作更為平穩，且可以頻繁換向；采用兩個同步液壓缸作為兩個V形夾具的動力源，定位精準且易于實現自動化控制。

3）結合較先進的運動控制方式，采用了PLC作為控制系統，設置了行程開關和壓力繼電器，工作可靠，響應速度快，實現了塑料管材切割過程的自動化。

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The design of automatic plastic pipe cutting device based on PLC and hydraulic pressure

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韓以倫（1962 -），男，山西太原人，教授，博士，主要從事汽車電子及機電液一體化研究。