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PLC和变频器在胎面自动裁断系统中的应用
作者:广州珠江轮胎有限公司 陈绍文
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轮胎成型机展厅
轮胎成型机, 轮胎切圈机, 废旧轮胎胶粉设备, 轮胎翻新设备, ...
摘要:详细介绍了胎面裁断系统的工作过程,以及控制变量的确定、主要元件的选取和部分控制回路的设计图。
关键词:可编程控制器;P L C ;变频调速;胎面;裁断系统;自动控制

X J - 2 0 0 0 轮胎胎面压出设备是集橡胶胎面复合挤出、冷却、裁断于一身的大型生产线,由于该设备只能对胎面进行人工量长、手动切割,劳动强度大、工作效率低,我们决定对其进行技术改造,增加定长自动切割功能。改造后的控制系统采用P L C 和交流变频调速技术相结合的控制方式,具体叙述如下。

1 裁断系统的动作过程

胎面裁断系统结构简图如图1 所示。

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图1胎面裁断系统示意图

冷却后的胎面经贮存槽进入皮带运输机,当胎面贮存到一定程度时,光电开关1 J 动作、电机6 M 启动运行,同时直接装在6 M 后轴上的旋转编码器开始脉冲计数,电机6 M 经减速箱带动链条传动,链条又带动辊筒转动,最后辊筒拖动皮带向前行进;通过8 4 2 1 码设定胎面的长度,当胎面长度达到预设值时,运输带经减速后停止运行。此时压胎面装置向下压紧胎,丝杆从初始端带动刀架快速向另一端行进并裁切胎面,在裁切胎面的过程中,喷水电磁阀动作并向切刀喷水;切割完毕后,压胎面装置升起、刀架抬起;丝杠带动切刀架退回到初始位置并停止运行、喷水电磁阀停止喷水,同时切刀架压下,一切恢复到初始状态,以便再次启动。在整个裁切过程中,由于前级运输带的连续运行,在裁断运输带停止运行和切胎面过程中,贮存槽的胎面已慢慢增多,当贮存槽的胎面增至引起光电开关1 J 动作时,电机6 M 又重新启动运行,从而反复地自动裁切胎面。若胎面增加到使光电开关2 J 、3 J 动作时,运输带会不同程度地加速运行。

2 控制变量的确定

该控制系统包括运输带与胎面裁切前速度配合、各电机拖动电路、胎面运输带的运行控制、胎面长度预置与控制、丝杠与刀架动作控制、切刀喷水控制、压胎面装置控制及加速运输控制,但其关键是胎面长度的控制,那么胎面长度与哪些因素相关呢? 在系统示意图(图1 )中,假定:电机6 M 运转的角速度为ω,电机6 M 所连减速箱的齿轮减速比为z ,减速箱输出轴的半径为r1,滚筒与链条传动端轴半径为r2,滚筒的半径为r3。又设:某种规格胎面的长度为L ,光电编码器每转一圈的脉冲个数为g 。

那么,可以推导出一条胎面全部经过后,光电编码器脉冲总个数A 的关系式,A = L z r2g /(2 π r1r3)。一旦设备和光电编码器选定好后,z、r1、r2、r3、g 都是常数,设zr2g /(2 π r1r3)= k 则有A = k L ,把胎面长度L 看作一个自变量x ,那么脉冲总个数A 随胎面长度的变化可用函数关系式f (x )= k x 来表示。

从上式中可以看出,光电编码器的脉冲总个数与胎面长度成正比关系,即脉冲总个数只随胎面长度变化而变化,而与运输带的速度无关。因此就可以通过光电编码器的脉冲个数来实现胎面的长度控制。

3 主要元件的选取

(1 )可编程控制器:选择可编程控制器应考虑P L C 的类型、输入输出开关量、C P U 处理速度及输出接口电路的输出形式。该系统P L C输入量包括光电编码器计数;运输带与前级运输速度配合的1 J 、2 J 、3 J 光电开关信号;刀架限位的4 J ~ 7 J 接近开关信号;丝杠、裁刀、运输带、加速辊电源接点信号;各电机过载保护动作信号;胎面长度预置信号及系统启动、停止功能信号共4 0 个。输出量包括压胎面、喷水、刀架起落3 个电磁阀线圈动作信号(见图2 );各电机启动运行信号和指示信号;P L C 与变频器联络信号共2 5 个。考虑到P L C 输出需接电磁阀和接触器线圈,要求大电流输出,宜选择继电器输出型,这里选择三菱FX2-80MR 编程控制器。根据输出量和F X2- 8 0 M R 输出公共C O M 的关系,尚需配置一个8 点的输出模块F X - 8 Y E T。

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图2电磁阀、接触器PLC 输出图

(2 )交流变频调速器:变频调速器的选择应考虑它的控制方式、输入输出信号接线方式及变频器的输入输出电压。在这里选择三肯M F - 5 . 5 K 变频器。

(3 )电机:该系统中共有6 台交流异步电机,丝杠采用YEJ90L-4 1.5kW 电磁制动电机;运输带选用YVP132S-4 5.5kW 交流变频电机;裁刀电机4M 选用Y 1 0 0 L2- 4 3 k W;该系统中加速辊筒与前级辊筒尺寸相同、加速辊电机减速比与运输带电机减速比相同,由于运输带采用变频调速器,所以加速辊电机5 M 选用Y 1 3 2 M -4 5 . 5 k W 就可使加速辊运输带的速度大于前级切刀运输带的速度。

(4 )光电编码器、光电开关及接近开关:光电编码器将电机转速转化为脉冲信号在P L C 内进行计数,该编码器选用L E C - 6 B M - G 2 4 V 。1 J ~ 3 J 光电开关安装于切刀运输带前端与前级胎面运输带后端的贮存槽内,胎面在两条运输带之间的贮存量使光电开关相应动作,从而通过P L C 使切刀运输带相应地改变速度,这里选E3J-R4M1光电开关共3 套。接近开关4 J ~ 7 J 装于切刀架上,用于刀架抬起和放下裁切胎面、返回及停止的限位,选用TL-2E-X10E1共4 个,感应有效距离为1 0 m m 。光电编码器、光电开关及接近开关的工作电压均为D C 2 4 V 。

(5 )电磁阀:本控制系统有3 个电磁阀,压胎面电磁阀1 D F 的作用是胎面长度达到预设值且切刀运输带停下后,使压胎面装置下落压住胎面以便切刀切割;切刀喷水电磁阀2 D F 是裁刀在切割胎面过程中对裁刀进行喷水;刀架运动电磁阀3 D F 使刀架抬起和放下。1 D F 、2 D F 选用DF1-1 AC220V;3DF 采用QZ23JD2-L 双控电磁阀,A C 2 2 0 V 。

( 6 )接触器及热继电器: 该系统中2 Q S~5QS 断路器选用西门子3VU1640、380V 系列;1 K M ~ 5 K M 接触器和继电器分别选择西门子3TF3110、3TF4322、3TF4622,线圈电压为220V系列;该设计中的1 F R ~ 5 F R 共5 个热继电器采用西门子3 U A 5 2 0 0 及3 U A 5 2 4 0 系列。

4 控制电路设计

控制电路主要包括电源回路、电机回路、变频器控制电路、可编程控制器的控制及外部接线。参见图3 、图4 。

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图3变频器与PLC接线图

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图4变频器外部接线图

5 结语

可编程控制器和变频调速器在工业过程控制中的应用非常广泛,本系统的控制也适用于其它类似的定长裁切系统。当然,该控制系统亦可采用P L C 与直流调速相配合的控制方式,本设计只是其中的一种。

作者简介:陈绍文(1966-),男,工程师,1988年毕业于中国矿业大学自动化系工业电气自动化专业。(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者,请点击此处) (4/7/2007)
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