全自动裁断机——导开储布系统的设计

全自动裁断机导开储布系统的设计 摘 要 本课题主要是设计全自动裁断机的导开与储布控制系统，导开与储布装置是全自动裁断机的龙头部分，它的控制质量的好坏直接影响到裁断的精度。裁断机的原料是帘布卷，它由帘布垫上布卷取而成，导开装置将帘布分开，垫布重新成卷，帘布送入储布装置以便供料装置使用。导开装置为双工位导开机，两工位可以交错使用，提高工作效率。导开电机是三相异步电机，受储布装置控制，使帘布平稳导开，保持帘布张力基本恒定在正常状态下，导开电机始终运转保证裁断前的帘布保持一定张力。 张力汽缸上的磁性开关组合调节变频器控制电机的速度, 使帘布张力导开与储布料位开关组合调节导开电机的转速, 帘布张力稳定地、无打滑地输送到主传送带上。储布装置供布速度自动适应主机送布速度, 通过检测浮动辊的上下位置, 控制帘布导开的速度及张力。帘布及垫布轴承座带有电磁阀控制的气动摩擦盘，用于保持帘布和垫布的张力。导开电机速度由张力辊位置控制，以保证垫布在卷取时的张力。 关键词 ：导开装置，储布装置，PLC，裁断机，自动控制 I 全自动裁断机导开储布系统的设计 Abstract The paper addresses the unwinding and storing control system on automatic cutting machine, the unwinding and storing control system is the completely automatic cutting machines main item part, it controls precision that influences the equipment and the quality immediately. Cutting machines material is the cord fabric, it fills up the cord fabric and fiber fabric, the unwinding device separates the cord fabric and coils the fiber fabric again, the fiber fabric sends to supply the material equipment by storing device. The unwinding device is the double position machine, two position can work by turns, raises the work efficiency. The unwinding motor is the three-phase asynchronous motor, it is thrall to storing device, then it makes the cord fabric to unwind steadily, keeps the cord fabric under the normal state, the unwinding motor revolves to make sure that the cord fabric maintain tension before cutting. The magnetic switch on the tension pneumatic cylinder adjusts the speed of the variable-frequency motor, then the combination adjusts the rotational speed of the storing motors, the cord fabric tension transmits to the main conveyer stably and no sleekly. The speed of offering cord fabric for storing device self-driven accommodates the transmission speed of mainframe, controls the speed and the tension of the cord fabric unwinding through the examination of the position about floating action rollers. Key words：the unwinding device ， the storing device ， PLC，cutter machine ，automaticII 全自动裁断机导开与储布系统设计 目 录 第一章 前言 .1 1.1 概述 .1 1.2 课题研究内容 .2 第二章 本论 .4 2.1 裁断机 PLC自动控制系统构成 .4 2.2 方案选择 .6 2.2.1 控制器选择 .6 2.2.2 电机选择 .9 2.3 结构设计部分 .13 2.3.1 系统设计的主要内容 .13 2.3.2 PLC控制系统设计的基本步骤 .13 2.3.3 PLC控制变频器 .16 2.3.4 张力检测传感器 .18 2.3.5 摩擦电磁阀装置 .19 2.4 主要元器件选取 .20 2.4.1 可编程控制器 .20 2.4.2 交流变频调速器 .20 2.4.3 电机 .20 2.4.4 传感器及接近开关 .20 2.4.5 电磁阀 .21 2.4.6 接触器及热继电器 .21 2.5 控制电路设计 .21 2.6 程序编写 .23 第三章 结论与展望 .25 3.1 结论 .25 3.2 展望 .25 III 全自动裁断机导开与储布系统设计 参考文献 .27 致谢 .28 声明 .32 IV 全自动裁断机导开与储布系统设计 第一章 前 言 1.1 概述 近几年,市场对子午线轮胎的需求越来越大,我国已有许多大、中型轮胎企业上马了全钢及半钢子午线轮胎生产线。半钢子午线轮胎生产线中纤维胎体帘布裁断是一个很重要的工艺环节,对其控制的自动化水平的要求越来越高。裁断机的英文名称为Cutter Machine，意思是切割机。是一种在工业生产中用来冲裁各种柔性物料的加工机器。 裁断机是一些轻工行业不可缺少的设备，用途非常广泛。其功能主要是利用成型刀模，通过冲裁动作而获得人们所需的片材或半成品。适用于加工各类皮革、布料、纺织物、塑胶、橡胶、纸板、毛毡、石棉、玻璃纤维、软木、其它合成材料等柔性片状物料。广泛应用于皮革及制鞋、手袋及箱包、手套及帽子、工艺及丝花、绣花、拼图及制卡、吸塑与包装、印刷与纸品、文具、塑胶化工、汽车和电子等及其它轻工产业。 传统观念，裁断机是借助于机器运动的作用力加压于刀模，对材料进行切割加工的机器。近代的裁断机发生了一些变化，开始将高压水束、超声波等先进技术是用于皮革冲切技术中，但人们仍然将这些设备归纳在裁断机类的设备中。 机械传动裁断机： 一般机械传动的裁断机速度较快，运转稳定（调整好后，冲程下限不会发生变化），冲切力较大；其最大的缺点是噪音较大。所以自60年代以来逐步为液压传动的裁断机所代替。机械传动的裁断机，虽然还有厂家在继续生产，一些小型、个体厂商仍在使用，但这种形式的裁断机势必将被淘汰。 液压传动裁断机： 判断液压裁断机功能的主要依据是，冲切力大小和冲切速度。冲切力很大，但冲切速度很低，或者冲切速度很高，但冲切力很小的机器，都不能顺利地完成冲切任务。 对于机械传动的裁断机一般冲切速度都较高，约为 250 次/分；其冲切速度是变值，平均冲切速度为：200毫米/秒。液压裁断机的冲切速度一般为：大于75毫米/秒。 机械传动的裁断机和液压传动的裁断机不同点，主要由两种传动的不同的特性所决定的：机械传动是刚性传动，而液压传动确有一定的柔性。 1全自动裁断机导开与储布系统设计 液压裁断机的特点是：当冲切头通过刀模作用于被加工物的瞬时，作用油缸内的压力并未达到额定压力，压力将随着接触（切入工作物）的时间增加而增加，直到电磁换向阀接收到信号，换向阀换向，冲切头开始复位；这时油缸内的压力由于受到进入油缸的压力油时间的限制，可能并未达到设定的额定压力值；也就是说，系统压力未达到设计值，冲切就已经完成。 液压传动的裁断机，现在仍然处于主流地位。在液压裁断机中，大量被采用的是吨位在14-18吨的摇臂式裁断机。平板式和龙门裁断机多数用于比较大型的生产厂家，更适合于对人造材料的冲切。 全自动裁断机采用微电脑程式控制装置，稳定性高，自动送料之设定的控制，均集中电脑控制， 操作最方便，适用于各种卷筒式或片状材料之一层或多层连续成型裁断，效率高，最适合大量生产的裁断作业厂家。全自动裁断机在我国已经开始使用，由于制造业工业现代化程度的提高，在不久的将来可能会有一定的市场。但在近期，它将不可能替代液压裁断机。 裁断机的功能是将宽约1500mm的帘布按一定的角度、一定的定长裁断，然后以裁断定长为宽，沿帘布边线方向对接供成型工艺用。但是多年来，我国各厂家所使用的裁断机五花八门，制造该设备的各厂家也没有统一的标准，都是根据一、两个厂家的生产工艺设计的，不能满足其他厂的要求。1有实力的厂家都是自己进行裁断机改造。 因为裁断机对最后帘布的一次定长和帘布接头起着重要作用，裁断的质量对于最终产品也有很大影响。特别是在一次定长方面起着重要作用。 1.2 课题研究内容 本课题主要是设计全自动裁断机的导开储布系统，导开与储布是全自动裁断机的龙头部分，它的控制质量的好坏直接影响到裁断的精度。 全自动裁断机由前后两工位导开、储布、主机传送带、边缘检测、吸取、对接等装置构成。全套装置的控制系统采用日本三菱公司的FX系列可编程序控制器及其伺服系统。 由导开装置将纤维帘布张力导开, 经储布架给主传送带供应帘布。两工位导开装置一工一备, 交替工作。导开装置由变频电机驱动。张力辊汽缸上的磁性开关组合调节变频电机的速度, 使帘布张力导开储布料位开关组合调节储布架送布电机2全自动裁断机导开与储布系统设计 的转速, 帘布张力稳定地、无打滑地输送到主传送带上。帘布经储布装置输送到主机送布辊, 送布辊电机采用三相异步电机驱动, 与主机传送带配合, 将帘布向前定长输送, 由伺服电机驱动的裁刀进行裁断。 储布装置是协调导开与供料装置之间的速度差，以免帘布被拉伸变形。储布器为单循环储布系统，除了上中下位置装限位器输出浮动辊位置之外，还有控制电机速度的PLC控制器，可以调节导开电机的转速。储布量大时，导开速度降低，储布量小时，导开速度加大。在正常状态下，导开电机始终运转保证裁断前的帘布保持一定张力。 帘布卷最初是由垫布及帘布共同卷取而成，导开装置通过导开电机和垫布卷取电机将帘布分开，前后工位的导开装置作用相同。帘布通过导开后经储布架送入裁断端，储布架的作用就是确定一定距离，控制帘布保持帘布张力和长度。 在控制系统设计中，实际为PLC对于两个导开电机和储布架上的限位开关来对帘布导开速度进行控制，目的即为达到帘布的平稳导开，能同时保持帘布张力，控制长度的作用。 PLC对于变频器的控制主要是由限位开关的位置输出信号，作为逻辑控制依据。变频器接继电器，连线时使继电器与变频器固定输出端连接，使变频器输出高、中、低三种不同的固定速度。当限位开关高位输出信号，即为浮动辊位于高位，需要加快导开速度，使帘布量加大，让浮动辊降低；同理即浮当浮动辊位于中位时，到开速度正常，变频器处于中速输出；当浮动辊位于下位时，导开减速，变频器低速输出。 3全自动裁断机导开与储布系统设计 第二章 本 论 2.1 裁断机 PLC 自动控制系统构成 裁断系统由前、后辅机和主机3部分组成。前辅机有固定式双工位导开、储布装置；主机有裁断装置、真空吸盘、帘布对接传递装置；后辅机有双工位帘布贴胶、卷取装置。 裁断机控制可分为两类，一类是导开，储布，卷取，调偏得控制，一般由光电检测元件，形成开关，继电路，闭环拖动系统等组成自动控制系统。另一类是供料，裁断，接头，出料得顺序控制，控制系统以三菱FX系列可编程控制器为核心。 裁断机的原料是帘布卷，它由帘布垫上布卷取而成，导开装置将帘布分开，垫布重新成卷，帘布送入储布装置以便供料装置使用。导开装置为平面回转双工位导开机，两工位可以交错使用，提高工作效率。导开电机是三相异步电机，受储布装置控制，使帘布平稳导开，保持帘布张力基本恒定。1储布得作用是协调导开与供料装置之间的速度差，以免帘布被拉伸变形。储布器为单循环储布系统，除了上下极限位置装限位器控制电机停开之外，还装有电机速度控制器，调节导开电机的转速。储布量大时，导开速度降低，储布量小时，导开速度加大。在正常状态下，导开电机始终运转保证裁断前的帘布保持一定张力。由导开装置将纤维帘布张力导开, 经储布架给主传送带供应帘布。双工位导开装置一工一备, 交替工作。 导开和储布装置均由变频电机驱动。张力辊汽缸上的磁性开关组合调节变频电机的速度, 使帘布张力导开储布料位开关组合调节储布架送布电机的转速, 帘布张力稳定地、无打滑地输送到主传送带上。帘布经储布装置输送到主机送布辊, 送布辊电机采用伺服电机驱动, 与主机传送带配合, 将帘布向前定长输送, 由伺服电机驱动的裁刀进行裁断。 为适应近年来压延机压延帘布大卷化的要求,采用固定式前后双工位导开设计, 导开帘布卷径最大可达到1500mm垫布卷与帘布卷等高放置,方便人员装卷、卸卷、引布操作。垫布收卷采用了变频电机牵引, 以气推缸的方式建立张力, 通过调节气推缸的压力, 控制垫布收卷张力而开卷采用了储布电机牵引帘布, 帘布卷以气控刹车的方式保持张力, 使垫布恒张力收卷,帘布恒张力开卷。当帘布卷径发生变化4全自动裁断机导开与储布系统设计 时, 调整压力, 控制制动扭矩, 维持开卷张力。 图 2.1 导开与储布系统示意图 导开装置的每个工位都装有一台直联式变频调速交流电机,气动离合器分别完成对垫布、帘布卷的动力传递。独特设计的方杠锁紧装置, 确保方杠在旋转过程中不会自行脱落。导开前、后两工位的换卷、接头由人工进行,但有料尾自动检测, 停机待料控制。储布装置供布速度自适应主机送布速度, 通过检测浮动辊的上下位置, 控制帘布导开的速度及张力。 储布装置装有1个导布辊，1个浮动辊和4个接近开关。通过接近开关检测浮动辊的上下位置控制储布牵引电机速度、并跟踪主机、保证平稳供布，同时也控制垫补导开电机的跟踪速度。导开装置分前、后2工位，换工位时帘布由人工接头，导开时帘布由储布牵引电机牵引，垫布由垫布导开电机卷取。帘布及垫布轴承座带有电磁阀控制的气动摩擦盘，用于保持帘布和垫布的张力。导开电机速度由张力辊位置控制，以保证垫布在卷取时的张力。2导开装置导开布卷采用交流变频调速电机驱动变频器，选用日本三菱电机公司的FR-A500 。该控制器的特点有：多段速度可选，加减速时间可选，频率分辨率高直流制动的动作时间和动作频率可调自我保护功能完善等。 储布器上装配数个无触点开关，靠浮动辊的升降来控制导开的速度使帘布导开的速度在一定范围内变化。即储布量大时，导开速度减低，储布量少时，导开速度加快。在正常情况下，导开电机始终运转帘布平稳导开。 避免帘布因突然起动或突然停止而时紧时松，从而使裁断帘布的张力保持恒5全自动裁断机导开与储布系统设计 定，以确保裁断精度。若裁断前张力波动，则当帘布与输送带间的摩擦力小于贮布装置导出的帘布波动的张力时，就会在帘布与皮带之间产生不规则的滑动使裁断精度下降。 全自动裁断机由导开装置将纤维帘布张力导开, 经储布架给主传送带供应帘布。两工位导开装置一工一备, 交替工作。导开和储布装置均由变频电机驱动。张力辊汽缸上的磁性开关组合调节变频电机的速度, 使帘布张力导开储布料位开关组合调