□廖達檳 曾桂明 陳思義 陳東圳 彭一航

面對不銹鋼管原有的包裝工序自動化程度低和占用大量生產(chǎn)工人的現(xiàn)狀，當前的不銹鋼管包裝行業(yè)迫切需求實現(xiàn)自動化和智能化。本文設(shè)計的整形去毛刺設(shè)備作為不銹鋼管自動包裝生產(chǎn)線的第一道工序。最能反映不銹鋼管的包裝生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量指標。隨著現(xiàn)代科技的不斷進步和勞動力成本的不斷提高，自動化生產(chǎn)的發(fā)展水平逐漸成為決定企業(yè)是否能在競爭中取勝的關(guān)鍵因素之一。自動整形去毛刺設(shè)備的研發(fā)設(shè)計，取代了現(xiàn)有傳統(tǒng)人工操作模式，在降低生產(chǎn)成本的同時，大大提高企業(yè)的生產(chǎn)效率。本文設(shè)備控制系統(tǒng)方面，采用了PLC技術(shù)和觸摸屏技術(shù)，實現(xiàn)設(shè)備的自動化加工和運行狀態(tài)監(jiān)控[1～2]。

一、設(shè)備組成與原理

(一)設(shè)備的基本組成。本文設(shè)計的一種不銹鋼管整形去毛刺加工設(shè)備，其結(jié)構(gòu)主體主要包括物料輸送裝置、壓緊去毛刺輸送裝置、整形裝置、抬升裝置、定距分層裝置、夾緊輸送裝置和物料移出裝置。如圖1所示。

輸送裝置主要由TN系列氣缸、傳送帶、同步輪等零件組成。其主要功能是將雜亂的產(chǎn)品經(jīng)拍齊后輸送到下一工位。

壓緊去毛刺輸送裝置主要由SC系列氣缸、微型電機、傳送帶、同步輪、機架等零部件組成。主要完成將產(chǎn)品壓緊傳送，傳送過程中，經(jīng)旋轉(zhuǎn)電機上的打磨頭，完成去毛刺任務(wù)。

整形裝置主要由SC系列氣缸、TN系列氣缸、整形頭、伺服電機、整形儲料槽、橡膠墊板、斜滑板、直線滑軌等零部件組成。主要完成的功能：一是將去毛刺后的產(chǎn)品經(jīng)斜滑板滑入出料槽，總設(shè)10個儲料槽，每個儲料槽的移動位置通過伺服電機帶動實現(xiàn)精確定位；二是產(chǎn)品滑入儲料槽后，經(jīng)兩端的整形機構(gòu)完成整形工作。

抬升裝置主要由SC系列氣缸、推板等組成，主要作用將儲料槽中已經(jīng)加工完成的不銹鋼管推出儲料槽。

定距分層裝置主要由伺服電機、直線滑軌、齒輪齒條、TCL系列氣缸等零件做成。主要作用是間隔性等距抬升物料。

夾緊輸送裝置主要有SC系列氣缸、傳送帶、TCL系列氣缸、橡膠墊、直線滑軌等零件組成。主要作用是將2～3層的不銹鋼管夾緊后抬起輸送到下一工位。

移出裝置主要由傳送帶、同步輪、機架等組成。主要作用是將產(chǎn)品移出整個設(shè)備的工作區(qū)域，輸送到下一工序。

(二)設(shè)備生產(chǎn)技術(shù)指標。本文研發(fā)的不銹鋼管整形去毛刺設(shè)備可以完成100-200根/分鐘的工作量。根據(jù)不銹鋼管不同規(guī)格尺寸的要求，加工區(qū)域的寬度需做成可調(diào)。利用本項目的成果，縮短產(chǎn)品的整形去毛刺時間60%以上，為企業(yè)節(jié)約人工費75%以上，產(chǎn)品的制造成本減少40%-60%。

(三)工作原理。整個設(shè)備采用PLC控制技術(shù)和觸摸屏技術(shù)，設(shè)計工作流程如圖2所示。

圖2 設(shè)備單次加工工藝流程圖

系統(tǒng)啟動前，先按“復位”按鈕，待所有機構(gòu)回至原位，按下“啟動”按鈕，傳送裝置傳送帶在電機的帶動下運轉(zhuǎn)，PLC控制擋料氣缸抬起，將產(chǎn)品平放在傳送帶上，當運送的產(chǎn)品達到一定量后，兩側(cè)的氣缸動作將產(chǎn)品拍齊；擋料氣缸縮回，傳送帶繼續(xù)傳送物料到夾緊去毛刺輸送裝置，壓料傳送裝置在氣缸的作用下下行，壓住產(chǎn)品，同時電機帶動傳送帶旋轉(zhuǎn)，同下方傳送帶一起輸送產(chǎn)品，輸送過程中，經(jīng)一直旋轉(zhuǎn)的去毛刺裝置；完成去毛刺的不銹鋼管在慣性和自身重力的作用下，經(jīng)滑板下滑到整形儲料槽中，當感應(yīng)到有料后，整形機構(gòu)開始動作；整形完一個槽位后儲料槽架在伺服電機的驅(qū)動下前移一定的距離，到位后，不銹鋼管繼續(xù)下滑，進入下一次整形；待完成10次整形后，驅(qū)動抬升裝置將產(chǎn)品抬起脫離出儲料槽，檢測到無料后，儲料槽快速后移，進入下一次的整形工藝流程；同時在定距分層裝置的作用，PLC控制伺服電機每次上移一定距離；夾緊輸送裝置夾緊物料的兩端，抬起脫離導向槽架后，在皮帶的帶動下，將產(chǎn)品送到移出裝置上，由移出裝置將物料輸送到下一工序，即完成了一個流程。

(四)設(shè)備技術(shù)要求。根據(jù)產(chǎn)品的生產(chǎn)要求，設(shè)計的設(shè)備要求生產(chǎn)過程中要突出以下技術(shù)要點：第一，一臺設(shè)備，通過調(diào)節(jié)相應(yīng)的機構(gòu)，可滿足不同規(guī)格尺寸的不銹鋼管的生產(chǎn)；第二，采用可靠的定位機構(gòu)，保證生產(chǎn)質(zhì)量和設(shè)備運行的穩(wěn)定性；第三，加工精度高，穩(wěn)定性好。儲料輸送裝置及定距分層裝置均采用了伺服控制系統(tǒng)；第四，設(shè)計生產(chǎn)效率高，每分鐘可完成100根以上的產(chǎn)品數(shù)量；第五，采用PLC和觸摸屏技術(shù)，實現(xiàn)設(shè)備運行的可視化監(jiān)控和操作。

二、控制系統(tǒng)的設(shè)計

結(jié)合企業(yè)生產(chǎn)的實際控制要求，設(shè)備控制系統(tǒng)的控制單元模塊選用西門子CPU314C-2PN/DP作為控制器。人機界面選用能夠理想生動地顯示PLC、PC機上數(shù)據(jù)信息TP177B系列觸摸屏，并支持與大多數(shù)的PLC直接通信[3～5]。PLC與上位機之間采用的是以太網(wǎng)通信協(xié)議，伺服電機采用AS1系列交流伺服電機，采取PROFIBUS或以太網(wǎng)與PLC通訊。

(一)PLC的I/O分配與參數(shù)配置。

1.PLC的I/O地址分配[6]。根據(jù)整形去毛刺的動作工藝流程和PLC控制系統(tǒng)的控制要求,進行PLC的I/O地址分配。其中輸入信號主要包括啟動、停止、急停、復位、傳感器信號，輸出主要包括各工位氣缸電磁閥、交流異步電機交流伺服電機。

2.PLC參數(shù)配置。根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備調(diào)試和設(shè)備動作要求，共設(shè)計需要15個輸入點，30個輸出點，選用西門子PLC可以滿足使用，根據(jù)需要的I/O配置，預留20%的I/O余量。

(二)觸摸屏模塊。選用的觸摸屏是西門子公司的TP177B系列。通過設(shè)置“復位”、“啟動”、“停止”按鈕，用于代替實體按鍵，并可對整形去毛刺的物料個數(shù)進行統(tǒng)計。如圖3所示。

圖3 觸摸屏控制界面

(三)PLC程序設(shè)計。本項目選用的是西門子系列PLC，采用的編程軟件為Step7中文界面編程軟件，結(jié)合設(shè)備的生產(chǎn)工藝流程進行各個模塊單元的程序設(shè)計，運用功能FC和功能塊FB，進行結(jié)構(gòu)化編程設(shè)計。在本系統(tǒng)中，PLC控制程序由系統(tǒng)啟動、系統(tǒng)運行、系統(tǒng)故障報警、自動復位、緊急停止、各裝置單元等控制模塊。

三、結(jié)語

本文研究的生產(chǎn)設(shè)備，主要完成整形和去毛刺工作，即能實現(xiàn)快速自動整形去毛刺，提高生產(chǎn)效率,大大減少生產(chǎn)成本的投入，大大降低工人的勞動強度，具有顯著的經(jīng)濟和實際應(yīng)用價值。同時本設(shè)備控制系統(tǒng)采用了西門子PLC技術(shù)和觸摸屏技術(shù)，實現(xiàn)不銹鋼管的整形去毛刺設(shè)備的可視化操作和監(jiān)視。實踐表明，該自動控制系統(tǒng)運行可靠，滿足設(shè)備的技術(shù)指標要求。