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PLC在三维拔芯机的应用

摘要：近年来，在经济全球化的背景下，针对国内用工成本越来越高的情况下，根据生产工艺的需要，特别是在一些高温、高压、粉尘和噪音等恶劣环境的场所，设计出一些可以代替人力的非标自动化设备显得意义重大。不仅可以减少企业的用工成本，提高生产效率，同时也减轻工人的劳动强度以及减少作业中的安全事故，这对提高企业的市场竞争力是很有必要的。

本文主要介绍了基于三菱PLC为核心的控制系统以及接近开关、行程开关、磁性开关、变频器、三相异步电机等外围设备构成的三维拔芯机。阐述该设备的工作流程，操作规则，电气工作原理和PLC的软件程序设计等。

关键词：拔芯机 PLC 变频器传感器

引言：目前我所在公司是家造纸的企业，在造卡纸工艺中，最后一个环节是要把成品的纸以卷筒的方式存在的。在收卷时，纸芯辊套上纸芯充气压紧后，成品纸再在纸芯上卷曲，到了需要的长度时切断纸后要把纸芯辊放气后拔出来，用于下一卷纸使用。由于纸芯辊是钢铁制成，体积大，重量也大，在之前没有使用拔芯机时，操作工人是通过电动葫芦吊起一头，然后通过两个人一起在另外一头拉出来，费时费力，而且很容易掉出来压伤脚，有很大的安全隐患。在生产下一卷纸时，拔出来之后的纸芯棍要放回生产线的机架上，这个过程操作工人是通过行车吊起来再慢慢对准位置放回去，同样，这个操作对准位置放好不容易操作，效率低，同样在吊动的过程中也容易发生晃动而撞坏设备造成经济损失或者人员伤亡，增加了企业的负担。

面对如此生产线不足之处，增加一个可以实现自动拔出和装回纸芯辊的非标自动化设备就显得很有必要了。拔芯机是以PLC作为控制系统，主要控制一个气缸完成抓放纸芯辊以及三台电机可以实现X、Y、Z三维空间移动来实现拔出和装回纸芯辊的功能。该操作过程可以半自动化或者全自动化完成，速度快，精度高，大大提高生产效率。

绪论

自毕业以来我一直在造纸行业做与电气仪表维修相关的工作，在此工作期间，接触了各种电气元件以及变频器和电机，并对其工作原理都有了比较深的了解。同时对于PLC等一些控制器也有了一定的认识和了解，并且会根据生产工艺的需要做出程序的更改或者编程。经常参与车间内电气设备的维修和保养工作，并对设备的不合理或者有缺陷的地方做出技术整改，保证设备的正常运行，同时也为公司节约能源，减少生产成本，保证安全生产贡献自己的力量。

正文：

一、三维拔芯机的介绍

1、三维拔芯机的主要结构组成

三维拔芯机主要结构是由底座、X轴、Y轴、Z轴和勾扣装置三部分组成。底座上有两台三相异步电机，可以通过传动装置带动机身在固定的滑轨上实现前后和左右四个方向的移动。支柱上也有一个同样功率的电机，通过带动减速箱装置在固定的螺杆上可以实现上下两个方向的移动。勾扣装置则是由气缸的伸缩实现勾扣装置的勾扣和放开功能，如下图所示。

Z轴

X轴

勾扣机构

底座

Y轴

图1-1

2、拔芯机的工作要求

根据本公司生产工艺的要求，拔芯机需要完成的任务是可以一键自动拔出纸芯辊，然后等纸卷换完新卷的时候同样可以一键操作自动带着纸芯辊放回机器特定的支架上。考虑到一些特殊的产品规格或者是意外因素，还要有手动点动的功能，可以分别对拔芯机单独实现前进、后退、左移、右移、上升、下降、勾扣、放松的分步操作。

3、拔芯机的工作原理

当纸卷成品出来时，纸机的液压升降平台会把纸卷和纸芯辊放到一定的高度位置，放掉纸芯辊内的空气，让其和纸卷之间有点缝隙才可以拉出来。按自动拔芯按键后，X 轴从原点位置向左边移动，碰到左移限位开关后停止，然后上面电机启动，Z 轴开始下降，当勾扣上方的限位开关碰到纸芯辊时，气缸动作，扣紧纸芯辊一头后开始向右移动，到了右限位置后停止，自动拔芯工作完成，等待下一个操作，分步顺序如下。

图1-2

当机器换卷完成后可以放回纸芯辊的时候，按装轴按键，拔芯机带着纸芯辊向上移动，到上限位后停止，然后向前同时向左移动，到

了到达左限和前限位置时停止，接着Z 轴机构向下移动，当纸芯辊到达支架时，气缸放松打开，Z 轴机构向上移动，到了上限位置后停止，然后同时向右和向后移动，到了右限和后限位置后停止，回到原点位置，完成自动装轴工作，分步顺序如下。

图1-3

二、PLC控制系统硬件的设计

1、PLC的选型

根据系统的设计要求，以下是PLC控制系统用到的I/O点分配及相应功能的表：

表2-1

根据设计要求：完成拔芯和装轴的工作，PLC系统需要输入点24

个，输出点7个，为保证20%-30%的余量，至少需要56个I/O点，根据其控制要求及I/O点，对此系统进行进行分析以及市场价格的考虑，我们将选用三菱FX2N系列的FX2N-64MR来控制本系统，电柜的安装图和硬件接线图如下。

图2-1

X0

X1

X2

X3

Y0

Y1

Y2

Y3

+-

DC24V

手/自动

拔芯

装轴

暂停

放松

左移

右移

前移

图2-2

三菱PLC的简介：日本三菱公司的FX-2NPLC，其速度块功能强。它的基本指令执行时间高达,?内置的用户存储器为8K步。I/O点最多可扩展到256个，并提供多种特殊功能模块或功能扩展板，可实现多轴定位控制，机内又实时钟，PID指令可实现模拟量闭环控制，还有功能很强的数据运算指令集，如浮点数计算，开平方和三角函数等指令。每个FX-2N的基本单元可扩展8个特殊单元。通过通信扩展板或特殊适配器可实现多种通信和数据链接，如CC-Link,AS-I,PROFIBUS,Devieenet等开放式网络通信，RS-232C，RS-422C和RS-485C通信等通信方式。

2、行程开关以及传感器的选择

行程开关

在三维拔机的运动过程中，对于运动位置的定位或者以及安全方面的考虑都用到了行程开关，为了电路设计简单以及以后的方便维护，根据现场的需要，系统采用的是机械式的行程开关，选用的是德力西公司的型号为ME-lxjm1-8108行程开关，由接线图可知，行程开关内部有两组接线端子，一组常开一组常闭，如下图。