用PLC控制吹膜機自動換卷機構

廣東省高級技工學校 張志芳

一、前言

隨著塑料行業競爭日益加劇，吹膜機向著高速、寬幅方向發展，吹膜機也要求薄膜卷的直徑越來越大，卷薄膜的質量越來越高。隨著氣壓技術的發展，高速自動吹膜機在很高的卷膜質量下，薄膜的對折寬幅可達2.1m，速度高達80m/min以上，卷膜直徑可達1m，產量可達到400kg/h。傳統的換卷機構在換卷過程中：不僅操作麻煩、體力勞動強度大，而且在分切成多個膜（一邊3個膜以上）或做小膜頻繁換卷時，容易產生廢料。為了解決上述問題，本文介紹如何采用PLC控制高速吹膜機的換卷機構，實現自動換卷。

二、傳統的換卷機構的組成

它由下轉盤裝置、計長裝置、雙工位收卷機等組成。

轉盤裝置位于收卷膠輥上，由換卷手柄搖動，用鏈條帶動轉盤支架和機械手做翻轉運動。

計長裝置由接近開關接收信號傳給計數器，每米計數一次。薄膜長度預先自行設定，當收卷達到設定長度時，警鈴警燈報警。

雙工位收卷機由A收卷和B收卷組成，采用被動收卷形式，利用滾花大膠輥與收卷輥之間的摩擦力以恒定張力收卷薄膜。

A、B收卷膠輥的驅動由兩臺矢量變頻器單獨控制減速電機驅動完成。A、B收卷膠輥轉速一致，轉向相反，從而達到兩邊可同時同步收卷的目的。A、B收卷膠輥的收卷速度和收卷張力可分別調整，彼此互不影響，從而得到最佳的收卷效果。此換卷系統采用被動收卷，其收卷質量好壞，在很大程度上取決于收卷氣脹軸所在導軌曲線的曲面軌跡。

傳統的換卷過程：當卷取直徑達到要求時進行換卷，把預備氣脹輥移至膠輥上方（預備工位），手動隔斷薄膜，將膜卷移至魚腹板弓形尾部，再搖動換卷手柄將，新換上的收卷氣脹軸慢慢地移動至收卷工位上，換卷即完成。

三、傳統的換卷機構的弊端

1.在換卷過程中操作時體力勞動強度大：當收卷滿時報警，一人搖動換卷手柄把轉盤上的氣脹軸搖到待換區，二人同時把滿卷移到御卷區，后手動切割掉薄膜，整個過程需要3個人配合完成。

2.在分切成多個膜（一邊3個膜以上）或做小膜換卷時，需更多的人配合來完成，配合不熟練或操作不當容易產生廢料。

四、如何解決上述問題

手動換卷改為自動換卷：在傳統換卷機構的基礎上增加了自動上卷，自動切斷，自動送卷，等功能于一體的自動換卷機構。

自動換卷系統的改造：

自動上卷：在手動換卷的基礎上把換卷手柄拆掉，在其上面改裝了一個減速電機由PLC控制其作翻轉動力源。

自動切割：在翻轉架上增加一個切割氣缸（無桿氣缸），該氣缸軸與精密減壓閥、梭動閥、氣鎖閥、先導式單向閥、流量閥等控制元件組成的氣路，利用氣作用力推動無桿氣缸軸上的飛刀作往返切割運動；同時兩邊各增加一個磁性氣缸給無桿氣缸做氣路的控制回路。

自動送卷：在收卷膠輥兩邊各增加一個磁性氣缸和機械手，由軸連接起來成對稱狀，在氣路中增加一個精密減壓閥、梭動閥、氣鎖閥、先導式單向閥、流量閥等控制元件組成的氣路，當收卷滿時平移氣缸釋放壓力，使平移氣缸向前伸推出滿卷到御卷區被機械鎖鎖住，后平移氣缸退收到位，平移氣缸保持壓力。

五、本自動換卷系統的難點

1.在換卷的整個過程中都保持恒定的張力，即不能因為張力過大而斷膜，張力過小而松膜。

傳統換卷機構張力控制方式：采用被動收卷形式，利用滾花大膠輥與收卷輥之間的摩擦力以恒定張力收卷薄膜。其收卷質量好壞，在很大程度上取決于收卷氣脹軸所在導軌曲線（即魚腹板）的曲面軌跡，該魚腹板通過CAD進行模擬，優化各出參數加工而成，可根據不同原材料及薄膜厚度可輕微調整魚腹板轉動，改變收卷氣脹軸與收卷膠輥之間的位置，從而達到最佳的恒定張力。

圖1 PLC控制自動換卷氣路圖

圖2 PLC控制自動換卷機構電路原理圖

自動換卷機構張力控制方式：與傳統換卷機構張力控制方式基本一樣，只是傳統換卷構張力控制依靠魚腹板來補償卷經的變化，而本自動換卷機構張力控制則利用氣壓方式補償卷經的變化，依靠機械來完成恒速卷取，從而達到最佳的恒定張力。

如何用氣壓來補償卷經的變化？這里應用到幾種主要氣路控制元件：精密減壓閥（定值閥）、梭動閥、氣鎖閥。

圖3 PLC控制自動換卷梯形圖

精密減壓閥（定值閥）是將氣源的壓力減壓并穩定到一定值，以便于調節閥能夠獲得穩定的氣源動力用于調節控制。

梭動閥（雙向控制閥或雙向止回閥）閥體有兩個入口X和Y口及一個出口A，當壓縮空氣由Y口進入時，內部止回塊將X口密封，壓縮空氣由Y口流向A口。如壓縮空氣由X口進入時，內部止回塊將Y口密封，壓縮空氣由X口流向A口．當壓縮空氣作反向流動時，如氣壓缸或閥瓣排放壓縮空氣，由于壓力條件，止回塊停留在原來的位置。

氣鎖閥是把主氣源作為信號壓力，當信號壓力低于氣鎖閥設定壓力時，切斷內部氣路阻止空氣流動的裝置。主要用途是在氣動流程控制系統中，氣源或供氣管道發生故障，致使供給空氣發生異常時，氣鎖閥可以此作為動作的基準信號，立即自動鎖住，直至恢復到正常狀態為止，但保持操作部原有位置不變。PLC控制自動換卷氣路圖如圖1所示。

2.自動切割：在翻盤主動式換卷機構中，一般采用PLC控制磁性氣缸帶動鋸齒刀切割運動，它需要與展平輥過度輥一起配合才能平穩的完成切割運動。本自動換卷機構用切割氣缸（無桿氣缸），該氣缸軸與精密減壓閥、或閥、氣鎖閥、電磁閥等組件組成的氣路，利用氣作用力推動氣缸軸上的飛刀作往返切割運動。

六、換卷過程

自動上卷自動切割 當收卷滿按下啟動按鈕X0，翻卷電機M轉動帶動上卷氣脹軸進入等候區，飛刀定位信號X1檢測到，翻轉電機M停止工作；電磁閥YV3得電P-B接通推動飛刀左氣缸向前伸，飛刀左氣缸軸頭貼緊翻轉架，使其與飛刀氣缸（無桿氣缸）連接，飛刀左氣缸信號X3檢測到，飛刀切割氣缸先導式單向閥YV1得電P-B接通，把氣送到飛刀氣缸里推動上面的飛刀從左到右切

割薄膜；經過2秒鐘后飛刀右氣缸電磁閥YV4得電P-B接通，推動飛刀右氣缸向前伸，飛刀右氣缸軸頭貼緊翻轉架，使其與飛刀氣缸（無桿氣缸）連接，飛刀右氣缸信號X4檢測到，飛刀返回氣缸先導式單向閥YV2得電P-B接通，把氣送到飛刀氣缸里推動上面的飛刀從右到左切割薄膜，與此同時收卷電機帶動上卷氣脹軸進行上卷，自動上卷過程完成！

自動送卷 經過2秒鐘后，氣缸平移壓力電磁閥YV5得電P-B接通，經過精密減壓閥—或閥—氣鎖閥（當到達一定壓力時氣路打開）釋放平移氣缸壓力，經過1.5秒鐘后，氣缸平移伸電磁閥YV6得電P-B接通，推動氣缸平移氣缸向前伸，送滿卷到御卷區由機械保險鎖鎖住，平移氣缸伸到位信號X5檢測到，然后氣缸平移伸電磁閥YV 7得電P-B接通，收縮平移氣缸帶動兩邊機械手向后收，平移氣缸收到位信號X6檢測到。氣缸平移壓力電磁閥YV5失電平移氣缸壓力保持，經過1.5秒翻轉電機重新啟動帶動上卷氣脹軸進行翻轉，停止定位信號X2檢測到，翻轉電機停止工作，整個換卷過程完成。

(1)PLC控制自動換卷機構電路原理圖如圖2所示。

(2)PLC控制自動換卷梯形圖如圖3所示。

[1]廣東金明精機股份有限公司.M3Q-2300Q使用說明書[S].

[2]武漢新中德塑料機械有限公司.SXGM-3*2000/2200使用說明書[S].

[3]程子華,劉小明,編著.PLC原理與編程實例[M].

[4]姜繼海,宋錦春,高常識,主編.液壓與氣壓傳動[M].

[5]深圳匯川技術有限公司.MD330收放卷張力控制[M].