PLC和變頻器在胎面自動裁斷系統中的應用

詳細介紹了胎面裁斷系統的工作過程，以及控制變量的確定、主要元件的選取和部分控制回路的設計圖。
關鍵詞：可編程控制器；P L C ；變頻調速；胎面；裁斷系統；自動控制

X J - 2 0 0 0 輪胎胎面壓出設備是集橡膠胎面復合擠出、冷卻、裁斷于一身的大型生產線，由于該設備只能對胎面進行人工量長、手動切割，勞動強度大、工作效率低，我們決定對其進行技術改造，增加定長自動切割功能。改造后的控制系統采用P L C 和交流變頻調速技術相結合的控制方式，具體敘述如下。

1 裁斷系統的動作過程

胎面裁斷系統結構簡圖如圖1 所示。

圖1胎面裁斷系統示意圖

冷卻后的胎面經貯存槽進入皮帶運輸機，當胎面貯存到一定程度時，光電開關1 J 動作、電機6 M 啟動運行，同時直接裝在6 M 后軸上的旋轉編碼器開始脈沖計數，電機6 M 經減速箱帶動鏈條傳動，鏈條又帶動輥筒轉動，最后輥筒拖動皮帶向前行進；通過8 4 2 1 碼設定胎面的長度，當胎面長度達到預設值時，運輸帶經減速后停止運行。此時壓胎面裝置向下壓緊胎，絲桿從初始端帶動刀架快速向另一端行進并裁切胎面，在裁切胎面的過程中，噴水電磁閥動作并向切刀噴水；切割完畢后，壓胎面裝置升起、刀架抬起；絲杠帶動切刀架退回到初始位置并停止運行、噴水電磁閥停止噴水，同時切刀架壓下，一切恢復到初始狀態，以便再次啟動。在整個裁切過程中，由于前級運輸帶的連續運行，在裁斷運輸帶停止運行和切胎面過程中，貯存槽的胎面已慢慢增多，當貯存槽的胎面增至引起光電開關1 J 動作時，電機6 M 又重新啟動運行，從而反復地自動裁切胎面。若胎面增加到使光電開關2 J 、3 J 動作時，運輸帶會不同程度地加速運行。

2 控制變量的確定

該控制系統包括運輸帶與胎面裁切前速度配合、各電機拖動電路、胎面運輸帶的運行控制、胎面長度預置與控制、絲杠與刀架動作控制、切刀噴水控制、壓胎面裝置控制及加速運輸控制，但其關鍵是胎面長度的控制，那么胎面長度與哪些因素相關呢？ 在系統示意圖（圖1 ）中，假定：電機6 M 運轉的角速度為ω，電機6 M 所連減速箱的齒輪減速比為z ，減速箱輸出軸的半徑為r1，滾筒與鏈條傳動端軸半徑為r2，滾筒的半徑為r3。又設：某種規格胎面的長度為L ，光電編碼器每轉一圈的脈沖個數為g 。

那么，可以推導出一條胎面全部經過后，光電編碼器脈沖總個數A 的關系式，A = L z r2g /（2 π r1r3）。一旦設備和光電編碼器選定好后，z、r1、r2、r3、g 都是常數，設zr2g ／（2 π r1r3）= k 則有A = k L ，把胎面長度L 看作一個自變量x ，那么脈沖總個數A 隨胎面長度的變化可用函數關系式f （x ）= k x 來表示。

從上式中可以看出，光電編碼器的脈沖總個數與胎面長度成正比關系，即脈沖總個數只隨胎面長度變化而變化，而與運輸帶的速度無關。因此就可以通過光電編碼器的脈沖個數來實現胎面的長度控制。

3 主要元件的選取

（1 ）可編程控制器：選擇可編程控制器應考慮P L C 的類型、輸入輸出開關量、C P U 處理速度及輸出接口電路的輸出形式。該系統P L C輸入量包括光電編碼器計數；運輸帶與前級運輸速度配合的1 J 、2 J 、3 J 光電開關信號；刀架限位的4 J ~ 7 J 接近開關信號；絲杠、裁刀、運輸帶、加速輥電源接點信號；各電機過載保護動作信號；胎面長度預置信號及系統啟動、停止功能信號共4 0 個。輸出量包括壓胎面、噴水、刀架起落3 個電磁閥線圈動作信號（見圖2 ）；各電機啟動運行信號和指示信號；P L C 與變頻器聯絡信號共2 5 個。考慮到P L C 輸出需接電磁閥和接觸器線圈，要求大電流輸出，宜選擇繼電器輸出型，這里選擇三菱FX2-80MR 編程控制器。根據輸出量和F X2- 8 0 M R 輸出公共C O M 的關系，尚需配置一個8 點的輸出模塊F X - 8 Y E T。

圖2電磁閥、接觸器PLC 輸出圖

（2 ）交流變頻調速器：變頻調速器的選擇應考慮它的控制方式、輸入輸出信號接線方式及變頻器的輸入輸出電壓。在這里選擇三肯M F - 5 . 5 K 變頻器。

（3 ）電機：該系統中共有6 臺交流異步電機，絲杠采用YEJ90L-4 1.5kW 電磁制動電機；運輸帶選用YVP132S-4 5.5kW 交流變頻電機；裁刀電機4M 選用Y 1 0 0 L2- 4 3 k W；該系統中加速輥筒與前級輥筒尺寸相同、加速輥電機減速比與運輸帶電機減速比相同，由于運輸帶采用變頻調速器，所以加速輥電機5 M 選用Y 1 3 2 M -4 5 . 5 k W 就可使加速輥運輸帶的速度大于前級切刀運輸帶的速度。

（4 ）光電編碼器、光電開關及接近開關：光電編碼器將電機轉速轉化為脈沖信號在P L C 內進行計數，該編碼器選用L E C - 6 B M - G 2 4 V 。1 J ~ 3 J 光電開關安裝于切刀運輸帶前端與前級胎面運輸帶后端的貯存槽內，胎面在兩條運輸帶之間的貯存量使光電開關相應動作，從而通過P L C 使切刀運輸帶相應地改變速度，這里選E3J-R4M1光電開關共3 套。接近開關4 J ~ 7 J 裝于切刀架上，用于刀架抬起和放下裁切胎面、返回及停止的限位，選用TL-2E-X10E1共4 個，感應有效距離為1 0 m m 。光電編碼器、光電開關及接近開關的工作電壓均為D C 2 4 V 。

（5 ）電磁閥：本控制系統有3 個電磁閥，壓胎面電磁閥1 D F 的作用是胎面長度達到預設值且切刀運輸帶停下后，使壓胎面裝置下落壓住胎面以便切刀切割；切刀噴水電磁閥2 D F 是裁刀在切割胎面過程中對裁刀進行噴水；刀架運動電磁閥3 D F 使刀架抬起和放下。1 D F 、2 D F 選用DF1-1 AC220V；3DF 采用QZ23JD2-L 雙控電磁閥，A C 2 2 0 V 。

（ 6 ）接觸器及熱繼電器： 該系統中2 Q S~5QS 斷路器選用西門子3VU1640、380V 系列；1 K M ~ 5 K M 接觸器和繼電器分別選擇西門子3TF3110、3TF4322、3TF4622，線圈電壓為220V系列；該設計中的1 F R ~ 5 F R 共5 個熱繼電器采用西門子3 U A 5 2 0 0 及3 U A 5 2 4 0 系列。

4 控制電路設計

控制電路主要包括電源回路、電機回路、變頻器控制電路、可編程控制器的控制及外部接線。參見圖3 、圖4 。

圖3變頻器與PLC接線圖

圖4變頻器外部接線圖

5 結語

可編程控制器和變頻調速器在工業過程控制中的應用非常廣泛，本系統的控制也適用于其它類似的定長裁切系統。當然，該控制系統亦可采用P L C 與直流調速相配合的控制方式，本設計只是其中的一種。

作者簡介：陳紹文（1966-），男，工程師，1988年畢業于中國礦業大學自動化系工業電氣自動化專業。