基于PLC的板材堆垛自动分离系统的实现.pdf

第 3 2卷第 2期 V0 l - 3 2 No ． 2 企业 技术开发 TECHNOLOGI CAL DEVEL0PMENT OF ENTERPRI S E 2 0 1 3年 1 月 J a n ． 2 0 1 3 基于P L C的板材堆垛 自动分 离系统的实现 周勇军 清远市技师学院， 广东 清远 5 1 1 5 1 7 摘要 随着社会的发展 ， 人们对木材的需求在逐渐增大， 木材行业的 自动化生产程度越来越高 ， 木材的优化 、 设备 的研 发、 生产线的投资等发展迅速 。 文章所研究 系统在木材在整个生产过程 中处于优化选材环节， 是一套以 P L C控制的液压 、 气动、 电机传动 系统 ， 将堆垛 的木材一块块送入 自动优选线。运行效果表明， 该 系统稳定达到 3 5 m／ m i n的产能要求 ， 实现 了稳定高速搬运 气密性较差的板材并 实现堆垛分离的设计 目的 ， 大大降低 了劳动强度。 关键 词 P L C； 堆垛 自动分离； 鼓风机 ； 气密性 中图分类 号 T P 2 9 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 6 8 9 3 7 2 0 1 3 0 2 0 0 4 2 0 2 实木板材 的加工过程是一个从原木 至木材成品的较 长周期 ， 在生 产过 程中原木加工成板 材后 ， 为节约空 间 ， 需对板材采取堆垛人窑干燥处理 ； 为了提高板材 的性能 ， 还需要对木材进行一系列的优化，以使得板材具有密度 优化 、 阻燃 、 抗变形等特性 ， 为便于优化 、 干燥后 的木材 出 窑后， 进人自动生产线， 需要系统对具有不定宽 、 弯曲、 树 节 、 开裂 、 边皮板等存 在缺陷原木板 的堆垛做 出分检 ， 对 木材堆垛实现逐块分离送入后续优选生产线输送辊 的动 作 。针对原木木材堆垛 的这些特性 ， 该系统包含了进料 、 取层 、 逐块分离等机构 ， 其 中进料部分采用 由液压升降台 和输送 辊筒组成 、 逐块分离机构为移动吸盘 、 分块部分采 用链条传送 ；电气部分在硬件上采用 了适宜于木材生产 现场 的工业控制器 P L C；进料工位于触 摸屏操作木材堆 垛进入分检机构 ；堆垛取层采用了德国施迈茨鼓风机和 真空吸盘系统 ，分块输送采用两 台变频 电机一快一慢拉 开间距 ， 送入优选线输送辊 ， 实现了 自动化 高速生产 的需 求。 1 工艺流程 为便于说明该系统 ，附实木板材加工流程简图如图 1所示 根据该 系统 所在 某公 司 的生产 工艺 流程 图 简 制 。 原小 捡尺 JJ u 生 材 姚格板材 堆垛码料 卜一 自 然干燥 叫 化 、干燥窑 出窑 堆垛 分离 ， 优 选 截 断取 刨光 蛳 格材 ， 砂光 戍 品 I L 一 优选 锯 指接 刨 拼板 砂 光 成 品 图 1附实木板材加工流程简图 以上 为木材加工系统各关键环节 ，本文主要描述 木 材堆垛自动分离控制系统， 并以电气设计为主。 2 系统设计方案 根据工程要求实 际和现场实验效果 ，板材堆垛采用 同 向堆垛形式 图 2 ， 长宽高为 2 ． 6 m1 ． 3 5 m1 ． 3 5 m， 因此机械和电气控制配合时， 采用“ 纵进横分纵出” 的顺 序， 设计了进垛输送辊筒 、 液压升降台、 真空吸盘搬运系 统、 逐块分离链传送机构 、 出料辊筒等五个部分 ， 6台传 送电机均选用 1 2 0的减速电机， 变频驱动； 鼓风机和液 作者简介 周勇军， 清远市技师学院。 压泵 由 P L C控制直接启动 。 进垛启动后 ， 板材堆垛进入到 液压升 降台 ， 到位后 ， 真 空吸盘搬 运系统取层 移动到堆 垛上方 ， 下降吸取最顶层板材 ， 上升移动 到分板 区上空 ， 下 降 ， 松开木板 ； 分块 通过两 台电机带动前后两组链条 ， 前快后慢 的方式拉开 间隙， 分离板材 ， 最前一块进 入到出 料辊筒区， 气动压轮压住输送到后续优化生产线中去 ， 从 而完成逐块分离的任务。整个设计方案主要配合 和电气 控制的机构如图 3 所示 。 图 2板材 堆垛 同向堆垛 形式 3 P L C板材堆垛分离电气控制方案 ①电气系统设计。 P L C板材堆垛 自动分离系统采用 三菱 F X 1 N 一 6 0 MR F X 2 N 一 8 E X P L C控制 ，电气部 分按 动作 区域划分为进垛 、 真空搬运 、 逐块分 离 、 出板输送 ， 为完成系列动作 ， 系统由台达变频器 v F D 0 0 7 M4 3 B 4 6 0 V 0 ．7 5 k W 、 减 速 电 机 0 ． 7 5 k W 、施 迈 茨 鼓 风 机 S G B L D G 1 5 5 4 0 0 3 4 ． 0 k W 、 真空吸盘 F MC S W一 1 4 2 5 ． 5 3 6 、 油 泵 4 ． 0 k W 、 气 缸 C L 1 ～ 1 6 0 2 0 0 、 威纶通 触摸屏 等组成 ； 油 泵用 于升 降 液压 台的升 降 ， 为节约空间确保 进料空间 ， 液压升 降台 安装在 一 1 ． 5 m的地坑 中，确保堆垛最高 限时安全进入 液压升降台。电气控制液压升降台上板材堆垛顶端到 达吸层位置时 ， 每次上升一层板的高度 ， 从而确保 吸盘 安全 吸取顶层木材。 ②鼓风机控制设计。由于原木板材气密性较差， 最 初设计采用两台鼓风机， 在经过反复试验后 ， 一台即可 稳定吸取层板 ，在两个吸盘端各安装一个压力变送器 v s v D N P N ， 只有当两个变送器检测到压力值稳定 第 3 2 卷第 2 期 周勇军 基于 P L C的板材堆垛 自动分离系统的实现 4 3 升 辟 台 糙龙 门 嗷 盘 斟4 升降 台 下 痒 让 楫 自 动 避 辩 a 进垛辊 筒区 萎 臂下 降让 板 材 置于 辊 b 真 空吸盘搬运 区 c 逐块分 离区 缸压艳机构 d 出板辊 筒区 图 3 整个设计方 案配合和 电气控 制的机构 达到设定值 时 ， 吸盘系统方可移动 ， 充 分考虑 吸盘移动 中 的抖动对吸取稳定性的影响。 真空吸盘原理如图 4 所示。 4 板材堆垛分离控制程序设计 可编程序控制器采 用 了三菱 F X 1 N 一 6 0 M R为系统的 控制核心， 并扩展了一块 F X 2 N 一 8 E X输入模块， 系统控制 动作分配如下 ① 回原点 。升降台上无板材的回原点状况为升降台 平层 平层检测 X 5 或 X 6 3有信号输 出 、 真空 吸盘搬运 机构在分离区上方 X 1 2信号有输出， 真空搬运气缸上磁 感 应开关 X 5 1 接通 、 摆臂升起 气 缸上磁 感应开关 X 2 2 接通 、 压料上升 压料气缸上磁感应 开关 X 2 1 接通 ； 升 降台上有板材的回原点状况为升降台上板材顶层与上升 位 置 对射光电 x 2断开 、 真空吸盘搬运机构在分离 区上 方 ， 摆臂升起 ， 压料上升 。 ② 吸盘吸取板材过程 。当液压升降台上升到检测 的 位置时， 上升控制光电信号有输出 X 2 ， 真空吸盘搬运气 缸在 上位 x 5 1 ， 吸盘开始后退 ， 当检测 到减 速信号时候 减速位接近开关信号为 X 1 3 ， 吸盘搬运 电机以低速运行 至吸取板材位置停止 接近开关信号为 X1 4 ， 真空搬运气 缸动作移至下位， 此时开始吸取顶层板材， 当两个压力开 关有输 出 X 2 4 、 X 2 5 或者到 达设定时 间后 ， 真空搬运 气 缸上升至上位 ，然后 吸盘前进 ，当感应到前进减速信 号 X 1 3 时 ， 吸盘开始减速 ， 到吸盘下 降位 X 1 2 停 止 ， 此时 如果板材分离区有料检测信号有输出 有料检测信号为 X 6 ， 吸盘不放料 ， 在这个 位置 等待 ， 如果板 材分 离 区无 料， 吸盘开始放料， 吸盘下降至下位， 放料电磁阀打开， 吸 盘通入压缩空气 ，释放后上升到上位，然后后退到堆垛 端 ， 准备 吸取板材。 ③板材分离 、 出板过程 。优选线请 求进料 X 5 6 有输 L． ． ． 一 ． ． ． ． ． ． ． J L． ． 一 ． 一 ． 一 ． 一 ． ． ． 一 ． ． 一 ． ． ⋯ ．J 图4真空吸盘原理 下转第 5 1页 第 3 2卷第 2期 常传斌 六角螺母热处理变形的研究及应用 5 1 [ 2 1 实用热处理 编写组． 实用热处理【 M】 ． 长沙 湖南人民出版 社， 1 9 7 5 ． 【 3 ]张克俭． 淬火冷却介质及其应用技术漫谈[ J ] ． 金属热处理， 2 0 0 4 ， 4 ． 上接 第 4 3页 [ 4 】张克俭冰 溶性淬火剂定级方法探讨[ J 】 ． 金属热处理， 1 9 9 5 ， 3 ． [ 5 ]李泉华． 热处理技术 4 0 0问解析[ M 】 ． 北京 机械工业出版社， 20 02． 分离电机停止 ， 摆臂下降， 压料器下降， 出板辊筒电机动 作 ， 当板材尾端进入优选线 ， 摆臂上升， 板材分离电机启 动 ， 出板电机停止 ， 压料器上升 。 P L C程序设计。P L C程序分为 自动和手动两部分 ， 自动部分设计流程如图 5 所示，其控制程序主要是根据 工艺流程 ， 完成堆 垛进料 、 搬运 、 逐块送入优选生 产线 的 控制 。由于本系统各个动作之间存在较为复杂的逻辑关 系 ， 一旦错乱或者时间上有迟滞或超前 ， 都将使得真空吸 盘搬运机构和堆垛 、真空吸盘搬运机构和板材分离机构 发生碰撞 ， 损坏龙 门机构或则 吸盘 ， 因此在电柜 、 操 作位 、 启停按钮盒 、人机界面 四处设 置了软硬件形式的停止按 钮和急停按钮， 确保生产安全。同时， 生产现场生产噪声 较大， 因此采用了声、 光报警及触摸屏报警事件弹出提醒 提示操作人员； 在排除故障前 ， 可以采取复位、 停止等按 钮， 取消报警 ， 并在触摸屏显示故障点和报警类型 ， 便于 保全人员排除故障。 5 结语 本项 目在河北邯郸某公 司运行稳定 ，电气设计 与控 制是触摸屏 、变频器 、 P L C技术综合应用的典 型案例 ， 其 中包含液压 、 气动技术及电机传动技术 ， 整体选型和控制 效果充分实现 了设计 目标 ；由于选用 了德 国施迈茨鼓风 机、 真空吸盘搬运系统， 并采用变频启动、 运行， 可靠地实 现了快速搬运气密性较差的原木板材，保证了生产线的 整体生产效率 ， 生产效益可观 。 参考文献 时炻 木 宣 龛 料 暴 气 钉 卜 升 列 [ 1】 祁 鸿 芳 ．基 于 微 机 控 制 的 木 材 自 动 加 工 生 产 线 [J ]．兰 州 工 ； 板 量 时 压 翥攀 ．曰 上 生 珑 川 ’ 州 上 上 位 X 2 1 ，当有板检测信号 x 7 或 X l O 有输入时， 板材 业同寸 。十 ’ 厶 u ’