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摘要：自動涂帶切斷機是自行設計的非標設備，可以對0.2mm厚的不銹鋼料卷進行定長自動裁斷。為了實現自動開卷、夾緊、輸送、裁斷的功能，課題組選用氣缸作為執行元件，設計了切斷機的氣動原理圖，并通過電磁換向閥實現了正反動作的切換；選用型號為Fx1s-20MR-001三菱可編程控制器作為控制元件，設計了PLC外部接線圖，并通過編制PLC程序實現自動完成上述邏輯順序動作。結果表明，該控制系統使用穩定、可靠，能滿足涂帶料卷自動定長切斷的使用要求。
關鍵詞：涂帶切斷；控制系統；可編程控制器；氣動控制
目前，PLC控制器已經被廣泛應用于工業自動控制場合，并達到了預期的使用效果，如自動送料系統[1]、立體倉庫系統[2]等。工業中經常需要對連續的半成品或成品進行定長切斷，如金屬制品、橡膠制品等?？紤]到被切斷產品的厚度、強度、韌性及切口的質量等因素，切斷的方式主要分為沖裁、刀具切割、火焰切割、激光切割等方式。沖裁方式主要用于有一定強度、比較薄的制品，如薄金屬板材、線材、帶鋼絲的輪胎簾布等；刀具切割方式可使用圓形刀片旋轉并配合直線行走裝置實現，適合如輪胎胎冠膠料、木材等制品；火焰切割方式主要是針對厚度值比較大的金屬采用乙炔氣體燃燒高溫熔化的方式；激光切割方式精度高，主要用于硬度高的金屬及非金屬材料。設計不同方式的切斷機配合使用PLC控制器能實現制品的切斷過程完全自動進行。采用火焰切割[3]、沖裁[4]的方式，PLC配合組態軟件能實現金屬板材的自動輸送、定長、切斷。使用三菱或西門子的PLC設計控制系統可以對汽車密封件[5]、耳機線材[6]、柔性繩[7]等非金屬材料自動定長切斷。以西門子S7的PLC為控制器，采用圖像定長技術及火焰切割方式可以切割重型鑄造毛坯[8]。除此之外，采用PLC配合工業機器人可以對廢舊鋰電池進行自動切割、拆分[9]。以上工程應用場景都實現了制品的自動切斷。為了實現0.2mm厚度的不銹鋼料卷定長165mm自動切斷[10]，課題組設計了切斷機的控制系統，并選用三菱公司的Fx1s-20MR-001型號PLC設計了切斷機的控制系統，能實現涂帶的自動輸送、定長、切斷功能。
1總體方案設計
切斷機的總體設計方案示意圖，如圖1所示。切斷原理是通過沖裁方式將涂帶板切斷，動力源為氣缸。定長輸送也通過氣缸實現，通過調節行程開關及機械檔塊的位置，實現輸送缸165mm的行程長度，從而保證板材定長切斷。將涂帶料卷打開后，料頭放置在輸送夾緊氣缸4的夾頭上，下部活動壓頭和輸送活動架11固定連接在一起，輸送夾緊氣缸4的缸桿頭也固定連接在輸送活動架11上。輸送夾緊氣缸壓頭與活動架壓頭夾緊料卷后通過輸送氣缸7帶動向前輸送。切斷前通過裁斷夾緊氣缸3夾緊裁斷部分的料卷，以保證切口平整，裁斷夾緊氣缸3固定連接在機架上。裁斷氣缸1也固定連接在機架上，缸桿連接著上刀5，下刀6也固定連接在機架上。自動涂帶切斷機動作流程圖，如圖2所示。啟動后，4個氣缸開始復位回到初始位置，裁斷缸上升，裁斷夾緊缸上升，輸送夾緊缸上升、輸送缸向右。延時3s后，輸送夾緊缸向下夾緊鋼板；延時4s后，輸送缸向前；延時4s后，裁斷夾緊缸向下；延時4s后，裁斷缸向下；延時4s后，裁斷缸向上；延時4s后，輸送夾緊缸向上；延時4s后，輸送缸向后，此為一個動作的順序循環過程。
2氣動部分設計
課題組設計的氣動控制原理圖，如圖3所示。裁斷氣缸1、裁斷夾緊氣缸3、輸送夾緊氣缸4、輸送氣缸7通過與調速閥6和換向閥8相同的閥控制氣缸缸桿移動速度及正反方向運動的切換；元件9為調壓閥，控制系統的氣壓；元件10為氣動三件：過濾器、調壓閥、油霧器，起過濾壓縮空氣的雜質、調壓及潤滑的作用。
3PLC選型及外部接線圖
PLC選用三菱公司的Fx1s-20MR-001型號PLC，共有20個輸入、輸出點，其中，輸入點12個，輸出點8個。PLC外部接線圖，如圖4所示。輸入部分由PLC內部24V直流電源供電。啟動常開按鈕SB1和X0輸入口連接，停止常閉按鈕SB2和X1輸入口連接。圖3中的裁斷氣缸1、裁斷夾緊氣缸3、輸送氣缸7、輸送夾緊氣缸4一共8個行程開關，分別和X2~X9口連接。輸出由開關電源S-75-24-2A供電，該電源輸入為220V交流電，輸出為24V直流電。Y0~Y3這4個輸出口分別接到電磁頭YV1~YV4，對應圖3中裁斷氣缸1、裁斷夾緊氣缸3、輸送氣缸7、輸送夾緊氣缸4相同的4個換向閥8上的電磁頭。
4PLC程序設計
PLC的啟動程序，如圖5所示。通電時，M8000接通，當按下圖4中的啟動按鈕SB1時，程序中常開觸點X0接通，狀態器S0在命令SET作用下復位，命令STL讓狀態器S0處于接通狀態。當按下圖4中的停止按鈕SB2時，程序中常閉觸點X1斷開，整個程序停止運行，起到互鎖保護的作用。啟動后的復位程序，如圖6所示。其作用是系統啟動后使裁斷、裁斷夾緊、輸送夾緊、輸送4個氣缸回到初始位置。復位程序啟動后，圖3中裁斷、裁斷夾緊、輸送夾緊、輸送4個氣缸對應的換向電磁閥的電磁頭依次得電，4個氣缸依次動作回到初始位置。
5結論
課題組設計的基于PLC的自動涂帶切斷機控制系統可以實現不銹鋼料卷定長自動裁斷的功能，綜合考慮使用要求和成本，選用三菱公司的Fx1s-20MR-001型號PLC，設計了PLC的外圍電路，輸送夾緊、輸送、裁斷夾緊、裁斷自動循環過程由設計的PLC程序實現，而且從使用效果來看，該設計滿足現場要求。
參考文獻：
[1]宋慧.基于PLC的智能送料系統的設計[J].南方農機，2022，53(12)：43-47.
[2]王金龍，黃素丹.基于PLC的智能立體倉庫控制系統設計[J].南方農機，2022，53(15)：136-139.
作者：王曉宇 劉永 單位：湖北汽車工業學院機械工程學院
