扩管生产线自动化控制系统设计王新民

扩管生产线自动化控制系统设计王新民

王新民

广东宏大韶化民爆有限公司广东韶关512000

摘要：本文对扩管生产线的工作过程进行了详细的介绍，并结合可编程逻辑控制器（PLC）设计了一条扩管生产线，对该扩管生产线的自动化控制系统的硬件、软件设计进行了分析和介绍，经过实际应用，验证该生产线具有效率高、稳定性好等优点。

关键词：扩管生产线；自动化控制系统；设计

随着我国工业化进程的不断推进以及自动化技术水平的日益提高，自动化控制系统在扩管生产线中的应用越来越广泛。所谓扩管是把细管子用不同的工艺加工成较粗的管子，使其在管道焊接连接时更加牢固，密封性能更好。在传统的扩管生产线中，常常需要人工进行工件的取放，存在着生产效率低、安全性不高、生产质量不稳定等问题。而自动化控制系统能够有效提高生产线的自动化水平，确保扩管生产的安全、高效、高质量进行。基于此，笔者进行了相关介绍。

1.扩管生产线工作过程

1.1扩管生产线的组成

扩管生产线由2条传送带、2台电机、2台双作用双出杆气缸、1台双作用单出杆气缸、1台夹紧气缸、1台液压缸、9个磁性开关、4个光电传感器、1台可编程控制器组成。其结构如图1所示。

1.2扩管生产线工作流程

扩管生产线工作流程可分为取料、送料、加工、放料、复位5个部分，其具体工作内容如下:

(1)取料过程:按下启动按钮，电机A运行，传送带开始运转，当传感器1检测到待加工工件时，电机A停止运行，传送带停止运转。Y轴气缸前伸，至到磁性开关S5动作，Z轴气缸向下运行至磁性开关S6动作，夹紧气缸动作夹紧待加工工件。

(2)送料过程:Z轴气缸向上运行至到磁性开关S7动作，X轴气缸向右运行至到磁性开关S2动作，Z轴气缸向下运行至到磁性开关S6动作，放置工件。

图1扩管生产线结构图

(3)加工过程:当传感器2检测到待加工工件时，液压缸动作，配合传感器3以及磁性开关S8、S9分别实现快进、工进、工退、快退、停止5个工作过程。

(4)放料过程:Z轴气缸向上运行至到磁性开关S7动作，X轴气缸向右运行至到磁性开关S3动作，Z轴气缸向下运行至到磁性开关S6动作，夹紧气缸动作松开工件。当传感器4检测到物料后，电机B启动，传送带运转，送出成品。

(5)复位过程:Z轴气缸向上运行至到磁性开关S7动作，Y轴气缸向后退回至磁性开关S4动作，X轴气缸向左退回至到磁性开关S1动作，所有气缸均退回到原点位置。

2.液气动回路设计

2.1气动回路设计

扩管生产线气动回路如图2所示。

主要由调压过滤阀、4台气缸、4个二位五通双控电磁阀组成。X、Y、Z轴气缸负责运送物料到指定位置，夹紧气缸负责夹紧或松开物料。6个单向节流阀控制气缸伸缩运动的速度，以保证气缸移动位置准确。7个磁性开关分别安装在X、Y、Z轴气缸上，PLC通过磁性开关动作状态判断气缸所处的位置，并由程序控制4个二位五通双控电磁阀的通断电从而控制气

主要由液压缸、二位二通电磁阀、三位四通电磁阀、节流阀、单向阀、溢流阀、液压泵、油箱组成。在工作过程中，节流阀主要用来调节液压缸运行速度，溢流阀用来保护系统运行安全。该液压系统采用PLC作为控制核心，有效保证了系统运行的可靠性、稳定性。

液压机扩管可分为快进、工进、工退、快退、停止5个过程。快进时，电磁阀11YA、12YA不通电，9YA通电，两台液压泵同时给液压缸供油，使得液压缸快速向下移动过。工进时，电磁阀12YA通电，油液经过节流阀到达液压缸，使液压缸高压慢速向下移动。工退时，电磁阀9YA断电，10YA、11YA、12YA通电，低压小流量泵中的油液直接流回油箱，使液压缸低压慢速向上移动。快退时，电磁阀10YA通电，12YA、11YA断电，使液压缸在高压作用下快速向上移动。当磁性开关S8动作，液压缸停止运行。

3.PLC控制系统设计

3.1控制系统硬件设计

扩管生产线共有15个数字信号输入量，9个磁性开关，4个光电传感器，2个按钮(启动、停止);有15个数字信号输出量，其中气压回路有8个电磁阀，主要控制机械手移动位置以及抓放物件;液压回路有4个电磁阀，主要控制液压机进行快进、工进、工退、快退、停止等5个过程;动力部分有3台电机，控制传送带、液压泵的运行。可编程控制器采用台达DVP32ES00Ｒ/T，其输入点数为16，输出点数为16，满足生产线要求，并有冗余。台达PLC具有高速、稳健、高可靠度的特点。其I/O输入输出变量分配如表1所示。

图4扩管生产线PLC硬件连接图

3.2控制系统软件设计

扩管生产线工作流程为:按下启动按钮后，机械手运动到指定位置抓取工件并将工件移动到液压扩管机处，液压扩管机按快进、工进、工退、快退、停止等5个过程加工工件。机械手将加工好的工件送到成品传送带后，退回到初始位置。整个工作流程多采用顺序执行的方式进行，因此在编写程序时采用顺序控制法进行设计。其程序按工作流程分为取料程序、放料程序、加工程序、送料程序、复位程序5个部分。每段程序均采用置位、复位的指令进行编写，程序规律性强、不易出现逻辑性错误。其流程图如图5所示。

图5程序流程图

3.3实践验证

该扩管生产线已经成功应用于减震器生产工艺中。生产线在调试时重点调节X、Y、Z轴气缸磁性开关安装位置和其相应节流阀的开度，以保证机械手运行稳定、速度快、定位准确。经实践验证，该生产线每小时可加工工件120个左右，扩管破裂率小于5%，满足生产要求。与企业原有工艺相比，该生产线节约了人力，降低用工成本，操作简单，维修方便，具有较大的推广价值。

4.结论

综上所述，PLC技术具有可靠性高、编程简单、功能齐全、运行速度快等优点，在扩管生产线自动化控制系统设计中得到广泛的应用。本文利用PLC技术，设计了一款扩管生产线的控制系统，经过实践验证，该生产线能够有效降低生产成本、提高生产效率和质量，具有良好的推广应用价值。

参考文献

[1]刘子贵.液压扩管机控制系统的设计[J].机电工程技术.2014(06)

[2]李钢,张辉,韩保材.直缝埋弧焊管生产线自动化控制系统[J].装备机械.2016(04)