橡膠混煉膠片冷卻裝置傳輸系統的設計與開發★

柯 良， 黃飛飛

（浙江工業職業技術學院， 浙江 紹興 312000）

引言

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

1 混煉膠片傳輸系統結構設計

1.1 整體結構設計

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

圖1 橡膠混煉膠片冷卻裝置傳輸系統三維模型

混煉膠片由輥筒傳輸機構進入傳輸系統，經過同步帶調整機構調整膠片位置，確保膠片在進入識別區域時能夠保證統一方向。經過同步帶調整機構的膠片以相對確定的方向經過麥克納姆輪轉向機構，90°轉向后來到識別分揀區域。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將膠片送往不同傳輸線。

1.2 輥筒傳輸機構設計

輥筒傳輸機構如圖2 所示，主要由鏈輪、輥筒鏈條、輥筒驅動步進電機、掃碼位置光電、掃碼模塊組成。輥筒傳輸機構由步進電機驅動鏈輪鏈條，再由鏈條帶動一條線上的鏈輪滾筒實現傳輸運動。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，停止機構的運行。當膠片識別完成時，輥筒傳輸機構再次運行。配合傳送帶升降機構進行膠片的分揀工作。

圖2 輥筒傳輸機構結構圖

1.3 同步帶調整機構設計

如下頁圖3 所示為同步帶調整機構，機構主要由同步帶、同步帶輪、同步帶驅動伺服電機、同步帶墊板、調整位置光電、OpenMV 組成。調整機構安裝于識別分揀系統前部，主要功能是擺正進入識別區域的膠片位置，是提高系統準確性的重要機構。機構的工作原理為：當膠片進入調整機構后，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，如果膠片傾斜的角度大于設定的閾值角度。攝像頭便會將當前膠片的傾斜角度返回主控板，主控板根據角度，通過伺服電機驅動兩個同步帶正反、差速運動，從而完成膠片的調整。

圖3 同步帶調整機構結構圖

1.4 傳送帶升降機構設計

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

圖4 傳送帶升降機構結構圖

2 控制系統設計

控制系統是為了實現機械機構功能而專門設計的，以系統完整、操作簡單、易于實現為設計要求。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行機構實現底層設備的驅動、膠片位置的校對檢測、運輸等過程的控制及信息傳遞，控制系統功能框架如圖5 所示。

圖5 控制系統功能框架

本系統使用西門子S7-1200 系列PLC 作為主控板，通過PLC 控制系統運行，能夠連續、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率[2-3]。控制系統共有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行元件，控制系統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 結語

本文所設計的橡膠混煉膠片冷卻裝置傳輸系統以橡膠混煉膠片生產企業需求為目標，完成了輥筒傳輸、同步帶調整、傳送帶升降等機構的結構設計，明確了機器控制系統框架，根據設計要求選定合適的控制、執行、檢測元器件，選擇PLC 作為控制核心，設計了可靠的電氣系統，使傳輸的各機械裝置能夠按照邏輯控制順序，聯動實現傳輸、膠片位置調整、標識識別等功能，混煉膠片實現了精準、高效、穩定分揀和傳輸，并采用了視覺檢測，使傳輸更加智能化，滿足了設計需求。