基于PLC的高強鋼筋定長切斷機控制系統設計

宋佳秋，賈婉君

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基于PLC的高強鋼筋定長切斷機控制系統設計

宋佳秋，賈婉君

（燕山大學 工程訓練中心，河北 秦皇島 066004）

設計了高強鋼筋切斷機的整體結構，對其定長系統和切斷系統的設計方案進行了詳細介紹，包括各部分的功能及工作原理，確定了切斷機構液壓系統的工作參數。從技術需求出發，設計了切斷機的控制系統，規劃了控制流程，完成了電路元器件的選型和PLC程序的編制。實現了鋼筋自動定長切斷，可設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。在理論和設計計算的基礎上，進行了樣機的試制，該樣機實現了機電液一體化，改善了傳統牽引速度慢、定尺精度誤差大等缺點。

PLC控制；定長切斷機；高強鋼筋

高強鋼筋作為節材節能環保產品，在水泥預制構件廠、軌枕廠等領域廣泛應用，原料經盤料架等設備導入切斷機，通過定長切斷后廠家可直接使用。定長切斷是指根據生產需要，設定某一特定長度尺寸，進行切斷[1]。市場上現有的高強鋼筋切斷設備的運行速度較慢，定長尺寸大時，切斷誤差較大。隨著建筑業的不斷發展，對高強鋼筋切斷機的性能、生產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是該設備的關鍵所在[2]。

本文設計的高強鋼筋定長切斷機自動化生產線，采用江蘇信捷XPG3-30一體機控制，有效實現了高效率、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構設計

高強鋼筋定長切斷機的總體結構如圖1所示，包括機座、導入裝置、預調機構、送料箱、液壓剪切機構、落料架、液壓站和電控系統。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。在設備上料前，根據鋼筋直徑選擇適當槽寬的壓輥，當鋼筋穿入壓輥后，在上、下壓輥間應有3 mm以內的間隙。預調機構由四個水平輥組成，可通過調整手輪調整兩個上輥的上下位置，然后鎖緊手輪，保證平穩送料。切斷機的定尺機構是采用鋼筋推動定尺板移動，使接近開關發信號，電磁閥執行動作，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，能夠準確可靠地完成液壓定尺切斷要求，具有液位、油溫顯示、系統的冷卻及過載保護等功能。

圖1 高強鋼筋切斷機機械結構圖

切斷機的工作流程為：鋼筋進入導入裝置，經過預調機構和送料箱，沿著落料架，撞擊定尺機構，推動定尺板移動，接近開關發出電信號，電磁閥動作，馬達停轉，繼而控制液壓油推動活塞桿動作執行剪切和開關落料架的任務，完成一根的剪切任務后，馬達重新開始工作，進行下一根的剪切，直到人為停止設備工作或者達到預先設定的切斷數量。

2 控制系統的設計

2.1 設計要求和難點

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

（2）剪切落料。當定尺機構受到鋼筋撞擊，接近開關產生信號，經PLC處理后，發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，電磁線圈復位，同時馬達恢復運行。

（3）定尺板位置調整。定尺機構設計安裝在料槽中，當切斷長度發生變化，定尺機構位置需要適時調整。設計時要避免在此環節發生誤動作。設計一帶燈按鈕，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，當定尺板更換完畢后，需手動按下按鈕恢復，方可繼續其他工作。

（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進行控制和參數設置，以及顯示系統運行的一些重要參數。

系統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，當撞擊到定尺板時鋼筋由于慣性產生一個回彈現象，會造成一定彎曲誤差，由于電磁閥執行機構也存在一定的延時誤差，影響設備的精度，為保證精度而下調速度則會影響設備的運行效率，所以在電氣控制系統設計中，利用PLC時間繼電器對剪切時序進行精準設計，可以高速度、高精度地實現鋼筋的定長切斷。

2.2 控制系統硬件

控制系統的硬件結構設計如下：空氣開關、PLC、開關電源、固態繼電器等安裝在電氣控制柜內；接近開關安裝在定尺機構內部，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，鋼筋進入設備，當到達定尺裝置時，接近開關發出信號，傳輸給PLC，PLC內部程序控制馬達停轉，輸出驅動固態繼電器SSR4、SSR5、SSR6、SSR7線圈得電，完成出刀、回刀電磁閥，料門開、關電磁閥的時序動作，完成剪切后，馬達復位重新開始運行牽引過程。

控制系統PLC硬件結構如圖2所示。

圖2 控制系統PLC硬件結構示意圖

2.3 PLC程序設計

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

3 人機界面

為使操作簡單，便于進行參數設置，且能直觀顯示系統運行狀態，本系統使用了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，可以方便地設置和顯示本控制系統的運行參數，如根據切斷長度需要調整在切斷過程中各電磁閥的得電時間、設定初始要完成的切斷任務量，還可以顯示牽引運行速度、現已完成的切斷數量等，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。觸摸屏的設計包括創建畫面和信息，并將它們和PLC程序相配合，根據系統功能要求，設計了控制頁面、參數設置、顯示頁面等界面，運行顯示畫面可實時顯示當前設定的完成量、已切斷數量、切斷長度及現運行速度等信息。

圖3 主程序流程圖

4 樣機運行調試

整機零件設計加工、完成裝配后進行樣機調試。樣機的整體結構如圖4所示。在觸摸屏上設定好剪切時序時間，設定切斷的長度和數量，待料導入設備，點擊送料按鈕，鋼筋運行，當鋼筋運行到定尺機構，完成剪切動作，當完成設定的數量后停止，隨后關閉液壓泵站，運行效果良好。

圖4 樣機機械結構圖

5 結束語

設計了高強鋼筋定長切斷機的電氣控制系統，進行自動化流水線作業，節省了勞動力，減低了工人的勞動強度。可以根據不同切斷長度調整定尺機構，采用了PLC控制，牽引速度高，定尺精度準，提高了產品質量和生產效率，產品結構緊湊，通過觸摸屏設計的人機界面，可以方便地控制和顯示系統參數，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設計[J]. 制造業自動化，2000，17（2）：33-35.

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

[3]王永華. 現代電氣控制及PLC應用技術[M]. 北京：北京航空航天大學出版社，2005.

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

[5]包一辰. 基于PLC及變頻調速小區恒壓供水系統設計[J]. 機電工程技術，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

秦皇島市科學技術研究與發展計劃項目（201502A007）

宋佳秋（1983－），女，黑龍江佳木斯人，碩士研究生，實驗師，主要研究方向為復雜網絡同步與控制、PLC控制理論應用。