用PLC控制吹膜机自动换卷机构

广东省高级技工学校 张志芳

一、前言

随着塑料行业竞争日益加剧，吹膜机向着高速、宽幅方向发展，吹膜机也要求薄膜卷的直径越来越大，卷薄膜的质量越来越高。随着气压技术的发展，高速自动吹膜机在很高的卷膜质量下，薄膜的对折宽幅可达2.1m，速度高达80m/min以上，卷膜直径可达1m，产量可达到400kg/h。传统的换卷机构在换卷过程中：不仅操作麻烦、体力劳动强度大，而且在分切成多个膜（一边3个膜以上）或做小膜频繁换卷时，容易产生废料。为了解决上述问题，本文介绍如何采用PLC控制高速吹膜机的换卷机构，实现自动换卷。

二、传统的换卷机构的组成

它由下转盘装置、计长装置、双工位收卷机等组成。

转盘装置位于收卷胶辊上，由换卷手柄摇动，用链条带动转盘支架和机械手做翻转运动。

计长装置由接近开关接收信号传给计数器，每米计数一次。薄膜长度预先自行设定，当收卷达到设定长度时，警铃警灯报警。

双工位收卷机由A收卷和B收卷组成，采用被动收卷形式，利用滚花大胶辊与收卷辊之间的摩擦力以恒定张力收卷薄膜。

A、B收卷胶辊的驱动由两台矢量变频器单独控制减速电机驱动完成。A、B收卷胶辊转速一致，转向相反，从而达到两边可同时同步收卷的目的。A、B收卷胶辊的收卷速度和收卷张力可分别调整，彼此互不影响，从而得到最佳的收卷效果。此换卷系统采用被动收卷，其收卷质量好坏，在很大程度上取决于收卷气胀轴所在导轨曲线的曲面轨迹。

传统的换卷过程：当卷取直径达到要求时进行换卷，把预备气胀辊移至胶辊上方（预备工位），手动隔断薄膜，将膜卷移至鱼腹板弓形尾部，再摇动换卷手柄将，新换上的收卷气胀轴慢慢地移动至收卷工位上，换卷即完成。

三、传统的换卷机构的弊端

1.在换卷过程中操作时体力劳动强度大：当收卷满时报警，一人摇动换卷手柄把转盘上的气胀轴摇到待换区，二人同时把满卷移到御卷区，后手动切割掉薄膜，整个过程需要3个人配合完成。

2.在分切成多个膜（一边3个膜以上）或做小膜换卷时，需更多的人配合来完成，配合不熟练或操作不当容易产生废料。

四、如何解决上述问题

手动换卷改为自动换卷：在传统换卷机构的基础上增加了自动上卷，自动切断，自动送卷，等功能于一体的自动换卷机构。

自动换卷系统的改造：

自动上卷：在手动换卷的基础上把换卷手柄拆掉，在其上面改装了一个减速电机由PLC控制其作翻转动力源。

自动切割：在翻转架上增加一个切割气缸（无杆气缸），该气缸轴与精密减压阀、梭动阀、气锁阀、先导式单向阀、流量阀等控制元件组成的气路，利用气作用力推动无杆气缸轴上的飞刀作往返切割运动；同时两边各增加一个磁性气缸给无杆气缸做气路的控制回路。

自动送卷：在收卷胶辊两边各增加一个磁性气缸和机械手，由轴连接起来成对称状，在气路中增加一个精密减压阀、梭动阀、气锁阀、先导式单向阀、流量阀等控制元件组成的气路，当收卷满时平移气缸释放压力，使平移气缸向前伸推出满卷到御卷区被机械锁锁住，后平移气缸退收到位，平移气缸保持压力。

五、本自动换卷系统的难点

1.在换卷的整个过程中都保持恒定的张力，即不能因为张力过大而断膜，张力过小而松膜。

传统换卷机构张力控制方式：采用被动收卷形式，利用滚花大胶辊与收卷辊之间的摩擦力以恒定张力收卷薄膜。其收卷质量好坏，在很大程度上取决于收卷气胀轴所在导轨曲线（即鱼腹板）的曲面轨迹，该鱼腹板通过CAD进行模拟，优化各出参数加工而成，可根据不同原材料及薄膜厚度可轻微调整鱼腹板转动，改变收卷气胀轴与收卷胶辊之间的位置，从而达到最佳的恒定张力。

图1 PLC控制自动换卷气路图

图2 PLC控制自动换卷机构电路原理图

自动换卷机构张力控制方式：与传统换卷机构张力控制方式基本一样，只是传统换卷构张力控制依靠鱼腹板来补偿卷经的变化，而本自动换卷机构张力控制则利用气压方式补偿卷经的变化，依靠机械来完成恒速卷取，从而达到最佳的恒定张力。

如何用气压来补偿卷经的变化？这里应用到几种主要气路控制元件：精密减压阀（定值阀）、梭动阀、气锁阀。

图3 PLC控制自动换卷梯形图

精密减压阀（定值阀）是将气源的压力减压并稳定到一定值，以便于调节阀能够获得稳定的气源动力用于调节控制。

梭动阀（双向控制阀或双向止回阀）阀体有两个入口X和Y口及一个出口A，当压缩空气由Y口进入时，内部止回块将X口密封，压缩空气由Y口流向A口。如压缩空气由X口进入时，内部止回块将Y口密封，压缩空气由X口流向A口．当压缩空气作反向流动时，如气压缸或阀瓣排放压缩空气，由于压力条件，止回块停留在原来的位置。

气锁阀是把主气源作为信号压力，当信号压力低于气锁阀设定压力时，切断内部气路阻止空气流动的装置。主要用途是在气动流程控制系统中，气源或供气管道发生故障，致使供给空气发生异常时，气锁阀可以此作为动作的基准信号，立即自动锁住，直至恢复到正常状态为止，但保持操作部原有位置不变。PLC控制自动换卷气路图如图1所示。

2.自动切割：在翻盘主动式换卷机构中，一般采用PLC控制磁性气缸带动锯齿刀切割运动，它需要与展平辊过度辊一起配合才能平稳的完成切割运动。本自动换卷机构用切割气缸（无杆气缸），该气缸轴与精密减压阀、或阀、气锁阀、电磁阀等组件组成的气路，利用气作用力推动气缸轴上的飞刀作往返切割运动。

六、换卷过程

自动上卷自动切割 当收卷满按下启动按钮X0，翻卷电机M转动带动上卷气胀轴进入等候区，飞刀定位信号X1检测到，翻转电机M停止工作；电磁阀YV3得电P-B接通推动飞刀左气缸向前伸，飞刀左气缸轴头贴紧翻转架，使其与飞刀气缸（无杆气缸）连接，飞刀左气缸信号X3检测到，飞刀切割气缸先导式单向阀YV1得电P-B接通，把气送到飞刀气缸里推动上面的飞刀从左到右切

割薄膜；经过2秒钟后飞刀右气缸电磁阀YV4得电P-B接通，推动飞刀右气缸向前伸，飞刀右气缸轴头贴紧翻转架，使其与飞刀气缸（无杆气缸）连接，飞刀右气缸信号X4检测到，飞刀返回气缸先导式单向阀YV2得电P-B接通，把气送到飞刀气缸里推动上面的飞刀从右到左切割薄膜，与此同时收卷电机带动上卷气胀轴进行上卷，自动上卷过程完成！

自动送卷 经过2秒钟后，气缸平移压力电磁阀YV5得电P-B接通，经过精密减压阀—或阀—气锁阀（当到达一定压力时气路打开）释放平移气缸压力，经过1.5秒钟后，气缸平移伸电磁阀YV6得电P-B接通，推动气缸平移气缸向前伸，送满卷到御卷区由机械保险锁锁住，平移气缸伸到位信号X5检测到，然后气缸平移伸电磁阀YV 7得电P-B接通，收缩平移气缸带动两边机械手向后收，平移气缸收到位信号X6检测到。气缸平移压力电磁阀YV5失电平移气缸压力保持，经过1.5秒翻转电机重新启动带动上卷气胀轴进行翻转，停止定位信号X2检测到，翻转电机停止工作，整个换卷过程完成。

(1)PLC控制自动换卷机构电路原理图如图2所示。

(2)PLC控制自动换卷梯形图如图3所示。

[1]广东金明精机股份有限公司.M3Q-2300Q使用说明书[S].

[2]武汉新中德塑料机械有限公司.SXGM-3*2000/2200使用说明书[S].

[3]程子华,刘小明,编着.PLC原理与编程实例[M].

[4]姜继海,宋锦春,高常识,主编.液压与气压传动[M].

[5]深圳汇川技术有限公司.MD330收放卷张力控制[M].