基于PLC与液压的塑料管材自动切割装置的设计

韩以伦，邱鹏程，姬光青，李　梅，朱　倩HAN Yi-lun，　QIU Peng-cheng，　JI Guang-qing，　LI Mei，　ZHU Qian（山东科技大学 交通学院，青岛 266590）

基于PLC与液压的塑料管材自动切割装置的设计

韩以伦，邱鹏程，姬光青，李梅，朱倩
HAN Yi-lun，QIU Peng-cheng，JI Guang-qing，LI Mei，ZHU Qian
（山东科技大学 交通学院，青岛 266590）

为提高塑料管材切割效率和自动化水平，设计了基于PLC与液压的塑料管材自动切割装置。该装置为一套机电液一体化设备，对机械系统进行了结构设计，采用液压作为传动系统，结合先进的控制理论，以PLC作为控制系统，机电液一体化，实现塑料管材的精确定位与自动化切割。

塑料管材；切割；PLC；液压；自动化

0　引言

塑料管材在机械加工、水暖安装、建筑、矿井给排水、通风等领域被广泛应用，往往需要对塑料管材进行定长切割，随着该行业的高速发展，实现塑料管材的自动化高效切割显得十分重要。本课题设计的基于PLC与液压的塑料管材自动切割装置，实现了塑料管材的精确定位与自动化切割，提高了塑料管材的切割效率。

1　机械系统的结构设计及工作流程分析

1.1机械系统的结构设计

基于PLC与液压的塑料管材自动切割装置机械机构如图1所示，主要包括液压夹具、切割机构、推进机构和输送机构四大部分。

液压夹具实现塑料管材的定位和夹紧。液压夹具由液压缸一、液压缸二、V形夹具一、V形夹具二、支架一和支架二组成。液压缸一和液压缸二分别由支架一和支架二支撑，V形夹具一和V形夹具二组分别由液压缸一和液压缸二驱动同步夹紧或放松，将塑料管材放入液压夹具后，液压缸一和液压缸二同时同速动作，将塑料管材夹紧至预定压力值。

切割机构实现塑料管材的切割。切割机构由锯片铣刀、驱动电机和工作台组成。驱动电机安装在工作台上，驱动电机驱动锯片铣刀做旋转运动切割塑料管材。工作台上设有行程开关一，工作台上设有下料口。

推进机构驱动锯片铣刀的进刀与退刀。推进机构由液压缸三、导轨、基座和机架组成。工作台与基座之间设有导轨，液压缸推动切割机构在导轨內运动。基座上设有下料口，当锯片铣刀切断塑料管材时，基座和工作台上的下料口恰好对齐，切好的塑料管件经下料口落到输送带上。基座上设有行程开关二和行程开关三。

输送机构为一套输送带，安装在机架上，当塑料管件落到输送带上时，输送带将塑料管件输送出去。

图1　塑料管材自动切割装置结构示意图

1.2机械系统的工作流程分析

进行液压传动系统和电气控制系统设计之前，首先要对机械系统工作流程进行梳理。其工作流程如下：

1）按下启动按钮，驱动电机、输送带和液压泵启动。

2）塑料管材触碰行程开关一，液压夹具定位夹紧塑料管材。

3）液压夹具中的压力继电器动作，锯片铣刀进刀。

4）推进机构触碰行程开关三，锯片铣刀退刀。

5）推进机构触碰行程开关二，锯片铣刀静止，液压夹具放松。

6）重复步骤2）。

7）塑料管材加工完毕后，按下停止按钮，驱动电机、输送带和液压泵停止工作。

2　液压系统的构成及原理分析

2.1液压系统的构成

该液压系统由三位四通换向阀、调速阀、液压缸、压力继电器、单向阀、溢流阀、液压泵和油箱组成，其液压系统原理如图2所示。

图2　液压系统原理图

2.2液压系统的原理分析

液压系统的工作原理如下：

2）塑料管材到位后，行程开关一得到信号，电磁铁1YA得电，三位四通换向阀一右位工作，液压缸一和液压缸二同步动作，液压夹具将塑料管材夹紧。

3）与液压缸一和液压缸二无杆腔连通的油路中设有压力继电器，达到预定压力时，控制系统三位四通换向阀一中位工作，电磁铁3YA得电，三位四通换向阀二右位工作，液压缸三驱动锯片铣刀进刀。调速阀一和调速阀二调节流量实现慢工进，快工退。

4）当推进机构触碰行程开关三时，电磁铁4YA得电，三位四通换向阀二左位工作，驱动锯片铣刀退刀。

5）当推进机构触碰行程开关二后，三位四通换向阀二中位工作，推进机构静止，电磁铁2YA得电，三位四通换向阀一左位工作，液压缸一和液压缸二同步动作，液压夹具放松。

6）重复步骤2）。

7）塑料管材加工完毕后，按下停止按钮，液压泵停止工作。

根据液压系统的原理分析绘制电磁铁动作顺序表如表1所示。

但是，商业银行金融产品单一，而且创新效果并不理想，产品同质化比较严重，这些都是商业银行需要进行金融产品创新的重要原因。

表1　电磁铁动作顺序表

3　PLC控制系统的软硬件设计

3.1PLC选型

根据控制系统要求，从经济性、可靠性等方面考虑，选择西门子S7-200系列PLC作为基于PLC与液压的塑料管材自动切割装置的控制主机。此控制系统共有6个数字输入量，7个数字输出量，共需要13个数字量I/ O，根据I/O点数，以及程序容量和控制的要求，选择CPU224作为控制系统的主机。

3.2I/O分配

在这个控制系统中，PLC输入信号包括启动按钮、关闭按钮、压力继电器和三个行程开关。输出信号包括三个接触器和四个电磁铁，接触器控制电机，电磁铁控制三位四通换向阀。基于PLC与液压的塑料管材自动切割装置的I/O分配表如表2所示。

表2　I/O分配表

3.3绘制PLC硬件接线图

根据系统的控制要求、硬件框架及I/O分配情况，基于PLC与液压的塑料管材自动切割装置PLC控制部分的硬件接线图如图3所示。

图3　PLC硬件接线图

3.4绘制状态转移图

采用状态转移图的编程方法进行编程，其状态转移图如图4所示。

图4　状态转移图

3.5绘制梯形图

根据状态转移图绘制梯形图，如图5所示。

图5　梯形图

5　结论

1）进行了机械系统的结构设计。所设计的液压夹具定位精准；所采用锯片铣刀切割管件能够实现高效切割；利用重力实现塑料管材的自动上料，结构简单。

2）设计了液压系统作为传动系统。采用了液压缸作为刀具进给的动力源，使切割工作更为平稳，且可以频繁换向；采用两个同步液压缸作为两个V形夹具的动力源，定位精准且易于实现自动化控制。

3）结合较先进的运动控制方式，采用了PLC作为控制系统，设置了行程开关和压力继电器，工作可靠，响应速度快，实现了塑料管材切割过程的自动化。

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The design of automatic plastic pipe cutting device based on PLC and hydraulic pressure

TP273

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1009-0134（2016）06-0090-03

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2013年青岛市科技发展指导计划项目：基于信息融合技术的汽车辅助安全驾驶系统的研究（KJZD-13-25-NSH）；青岛经济技术开发区科技发展项目：汽车安全驾驶系统的实验研究（2014-1-26）

韩以伦（1962 -），男，山西太原人，教授，博士，主要从事汽车电子及机电液一体化研究。