团论文网
团论文网
-
摘要：针对自动化包装设备使用短行程气缸影响前端所驱动的压合机构拆装维修，而使用长行程气缸既影响生产效率又浪费压缩空气所带来的矛盾问题，采用可编程序控制器、电磁换向阀、磁性传感器等对一个单杆带有磁环的气缸控制进行了研究，设计出一种行程可调气缸的电磁换向阀气路连接与plc控制程序，在系统启动时先控制气缸活塞杆伸出，通过磁性传感器检测气缸活塞位置将活塞控制在预定位置静止，在工作过程中由plc程序控制气缸以短于气缸的有效行程进行工作，停机时以全行程使气缸活塞杆完全缩回；相对于传统的自动化包装设备单行程气缸控制，既解决了使用短行程气缸影响前端驱动机构的拆装维修问题，又解决了使用长行程气缸所带来的效率低和浪费气源问题，具有高效节能的优点。
关键词：plc；气缸；行程可调；高效节能
0引言
自动化包装设备几乎都使用有气缸，而气缸活塞杆的伸缩动作控制，是依靠切换电磁换向阀的压缩空气输出端口推动气缸缸体内的活塞前进与后退来实现；在压缩空气压力与流量固定不变的前提下，气缸活塞杆伸出与缩回的行程越长，其动作所占用的时间就越长，气缸活塞杆伸出与缩回的行程越短，其动作所占用的动作时间就越短，气缸动作占用时间的长短影响设备的机速产能，短行程的气缸有利于提高生产效率；但在设备的气缸电气控制中，并不是单纯的气缸活塞杆伸出与缩回，而是在气缸活塞杆外露螺杆连接有用于加热与压合产品的机械机构，工作时通过气缸活塞杆带动机械机构来完成产品的压合；在此情况下，如果气缸的行程短，一是不方便对所驱动的机械机构进行检查与拆卸安装，二是在停机状态下，已加热的机械机构会对产品进行近距离烘烤，容易造成产品产生质量问题。
根据相关文献，目前对气缸行程控制的研究主要有行程可调气缸[1-7]、双行程气缸[8-19]、磁性可变行程气缸的研究[20]等，行程可调气缸是针对气缸的行程进行机械限位研究，使用机械调整气缸行程的方式，一经调整后气缸的工作行程就是固定的，如要改变工作行程就需要再次对气缸进行机械限位调整；而双行程气缸主要是由两级固定的行程气缸或活塞串接在一起使用，双行程气缸一旦选定型号购买后，由于各级气缸的行程也是固定的，无法根据实际需要的动作距离去再次调整气缸的行程；磁性可变行程气缸的研究中，使用了磁性开关检测到气缸活塞的位置后使气缸活塞立即进行后移，虽然实现了行程可调控制了气缸活塞杆的伸出行程，但不能解决自动化包装设备使用短行程气缸与长行程气缸所带来的矛盾问题；针对上述问题，本文提出了一种基于PLC的行程可调气缸控制研究，为气缸的可调行程控制提供新的参考思路。
1设计原理
单杆气缸的前端盖和后端盖各有一个气路接口，平常对气缸活塞杆的伸出与缩回控制时，一个气路接口进气则另一个气路接口排气，当压缩空气从气缸后端盖气路接口进入气缸缸体内时，气缸活塞杆在压缩空气的作用下伸出；当压缩空气从气缸前端盖气路接口进入气缸缸体内时，气缸活塞杆在压缩空气的作用下缩回。
然而，在气缸的前后端盖气路接口均接入阀门，在后端盖气路阀门左边接入压缩空气并将该手动阀打开、前端盖气路阀门也打开时，在气缸活塞杆伸出过程中，将前端盖气路阀门关闭时，由于气缸活塞下部缸体内形成密闭空间无法进行排气，气缸活塞杆保持静止不动；当在前端盖气路阀门左边接入压缩空气并将该阀门打开、后端盖气路阀门也打开时，在气缸活塞杆缩回过程中，将后端盖气路阀门关闭时，气缸活塞上部缸体内形成密闭空间无法进行排气，气缸活塞杆也将保持静止不动；气缸前后端盖气路封堵原理如图1所示。
2硬件设计
为实现气缸活塞杆伸出与缩回的行程控制，本文以2个2位单电控电磁换向阀、1个带磁环的单行程气缸、2个磁性传感器、1个三菱PLC(FX3G-14MR/ES)、1个启动按钮、1个停止按钮对气缸的行程可调控制进行研究，其中SQ1为可调行程控制磁性传感器，SQ2为气缸活塞杆完全伸出的时间测定磁性传感器，气路连接图如图2所示。
在气路连接图中，当电磁换向阀线圈断电时，电磁换向阀的1#端口与2#端口相通、4#端口与5#端口相通；当电磁换向阀线圈得电时，电磁换向阀的1#端口与4#端口相通、2#端口与3#端口相通；其中电磁换向阀YV1的1#端口为压缩空气气源入口，电磁换向阀YV1的2#端口与气缸QG1的前端盖气路接口连接，电磁换向阀YV1的4#端口与气缸QG1的后端盖气路接口连接，气缸QG1的缸体外壁安装有检测气缸活塞位置的磁性传感器SQ1,电磁换向阀YV1的5#端口与电磁换向阀YV2的1#端口连接，电磁换向阀YV2的3#、4#、5#端口采用堵头进行封堵，电磁换向阀YV1的3#端口和电磁换向阀YV1的2#端口安装可调排气消声器。
如图3所示，在I/O分配图中，启动按钮SB1的常开接点与PLC的输入点X1电连接，停止按钮SB1的常闭接点与PLC的输入点X2电连接，磁性传感器SQ1的常开输出接点与PLC的输入点X3电连接，磁性传感器SQ2的常开输出接点与PLC的输入点X4电连接，PLC外部的输出点Y1与电磁换向阀YV1线圈电连接，PLC外部的输出点Y2与电磁换向阀YV2线圈电连接。
3程序设计
PLC的程序设计包括气缸全行程伸出时间测试程序和行程可调气缸PLC控制程序，其中气缸全行程伸出时间测试程序如图4所示，行程可调气缸PLC控制程序如图5所示。
PLC的程序设计除使用一个ZRST成批复位指令外，其他全部使用了基本指令，并采用了通用的梯形图语言进行编程，启动按钮SB1连接的输入点X1,在程序中对X1常开接点使用了上升沿，确保按下一次启动按钮SB1时程序中的X1常开接点只接通一个扫描周期，即使外部的启动按钮SB1发生卡阻等异常现象导致输入点X1一直被接通，也不会影响程序的停止控制；停止按钮SB2使用常闭接点接到PLC的输入点X2,没有按下停止按钮SB2时PLC的输入点X2处于接通输入状态，内部程序中的X2常开接点接通，当停止按钮SB2的触点接触不良或输入点X2的回路发生断线等异常时，系统无法进行启动。
4测试验证与结果分析
行程可调气缸控制测试验证的气缸及电磁换向阀实物如图6所示，其中气缸的缸径及行程均为100 mm,气缸活塞杆完全缩回（图7),实测气缸前端盖至活塞杆的前端部长度为35 mm;气缸活塞杆完全伸出（图8),实测气缸前端盖至活塞杆的前端部长度为135 mm。
气缸活塞杆全行程伸出的时间测试：为取得测试验证的时间对比数据，首先编写图4的气缸全行程伸出时间测试程序下载到FX3G-14MR/ES中，然后将压缩空气开关打开供给电磁换向阀YV1气源，待气缸的活塞杆完全缩回后，此时按下启动按钮SB1,内部程序中的Y1自锁、时间继电器T200开始计时，PLC外部的输出点Y1与COM1接通使电磁换向阀YV1线圈得电，气缸活塞杆在压缩空气的推动开始向前伸出，当磁性传感器SQ2检测到气缸活塞杆完全伸出，PLC的输入点X4由OFF刚变为ON时，将时间继电器T200的计时当前值传送到数据寄存器D1存放，观察D1的数值为229,由于T200时间继电器的精度为0.01 s,因此测得气缸全行程伸出时间为2.29 s;按下停止按钮SB2,PLC外部的输出点Y1与COM1断开使电图8气缸活塞杆完全伸出磁换向阀YV1线圈失电，气缸活塞杆在压缩空气的作用下完全缩回。
气缸活塞杆行程调整的时间测试：编写图5的行程可调气缸PLC控制程序下载到FX3G-14MR/ES中，然后断开压缩空气调整磁性传感器SQ1的位置，使气缸活塞从前端盖缩回到磁性传感器SQ1位置、输入点X3由OFF刚变为ON,实测气缸前端盖至活塞杆的前端部长度为115 mm,再接通压缩空气气源，等待气缸活塞杆在压缩空气的作用下完全缩回后，按下启动按钮SB1,程序中的Y1线圈为ON、Y2线圈为OFF,电磁换向阀YV1的线圈得电，压缩空气从YV1电磁换向阀的1#端口流入、4#端口流出，经气缸QG1的后端盖气路接口进入上部缸体内推动活塞杆下降伸出，当气缸QG1的活塞下降到刚经过磁性传感器SQ1,PLC的输入点X3由ON刚变为OFF时，此时程序中的Y1线圈为OFF、Y2线圈为ON,压缩空气从YV1电磁换向阀的1#端口流入、2#端口流出，然后经气缸QG1的前端盖气路接口进入下部缸体内向上推活塞，但由于电磁换向阀YV2的4#端口封堵，气缸QG1上部缸体内的压缩空气，无法经气缸QG1后端盖气路接口、电磁换向阀YV1的4#端口、电磁换向阀YV1的5#端口、电磁换向阀YV2的1#端口、电磁换向阀YV2的4#端口排出，此时气缸QG1缸体内的活塞保持静止不动。
接收到M11的工作指令信号时，程序中的Y1线圈为ON、Y2线圈为OFF,电磁换向阀YV1的线圈得电使气缸QG1的活塞杆伸出，待时间继电器T10计时时间到，T10的延时接通常开触点对内部继电器M110进行复位使Y1线圈为OFF,气缸QG1活塞上升使活塞杆缩回，当气缸QG1的活塞上升到磁性传感器SQ1位置，PLC的输入点X3由OFF刚变为ON时，程序中的Y2线圈为ON,压缩空气从YV1电磁换向阀的1#端口流入、2#端口流出，然后经气缸QG1的前端盖气路接口进入下部缸体内部向上推活塞，但由于电磁换向阀YV2的4#端口封堵，气缸QG1上部缸体内的压缩空气，无法经气缸QG1后端盖气路接口、电磁换向阀YV1的4#端口、电磁换向阀YV1的5#端口、电磁换向阀YV2的1#端口、电磁换向阀YV2的4#端口排出，此时气缸QG1缸体内的活塞保持静止不动，气缸前端盖至活塞杆的前端部长度为115 mm;从接收到第二个M11的工作指令信号开始，气缸QG1执行20 mm(135 mm-115 mm=20 mm)的工作行程，并在程序中的Y1线圈为ON时开始对时间继电器T200进行计时，磁性传感器SQ2检测到气缸活塞杆完全伸出，PLC的输入点X4由OFF刚变为ON时，观察D1此时的数值为59,即此时气缸活塞杆伸出该20 mm工作行程所需的时间为0.59 s。
参照以上方法，分别调整气缸前端盖至活塞杆的前端部长度为105、95、85、75、65、55 mm后，通过程序自动测得各可调行程后活塞杆伸出所需的时间，气缸可调行程与全行程工作所需的测试时间对比如表1所示。
由表中对比可见，气缸进行可调行程控制后，工作时的活塞杆伸出距离越短、所需的压缩空气量就越少，活塞杆伸出所需时间就越小。
5结束语
为解决自动化包装设备气缸驱动的压合机构，当使用短行程气缸时不方便所驱动机构的拆装维修且在设备停机时容易引起产品质量问题，使用长行程气缸既影响设备的生产效率又浪费压缩空气的问题。本文采用可编程序控制器、电磁换向阀、磁性传感器等对单杆带有磁环的气缸控制进行了研究，设计出一种行程可调气缸的电磁换向阀气路连接与PLC控制程序，经过系统功能测试验证，实现了气缸的分段行程可调控制，使设备在生产过程中控制气缸以短于气缸的有效行程进行伸缩工作，停机时气缸以全行程完全缩回，既解决了使用短行程气缸不方便所驱动机构的拆装维修且容易引发产品质量问题，又解决了使用长行程气缸影响设备生产效率及浪费压缩空气的问题，高效节能，具有很好的实际应用价值。
参考文献：
[1]金良．一种行程可调气缸[J].液压与气动.2001(4):20.
[2]杨晨．行程可调气缸：中国，201820624828.8[P].2019-01-08.
[3]周磊．行程可调气缸和加工装置：中国，201721856703.X[P].2018-09-04.
[4]戴建尧．一种行程可调气缸：中国，202121371076.7[P].2021-12-03.
[5]马清海，李学敏，刘瑞，等．一种行程可调气缸：中国，202123275765.0[P].2022-05-13.
[6]焦娟．一种行程可调气缸：中国，202320206571.5[P].2023-04-28.
[7]舒春辉，程岳龙．一种行程可调气缸：中国，201821402954.5[P].2019-04-09.
[8]姜晓勇，康善存，游立锦，等．一种双行程气缸：中国，201220566925.9[P].2013-05-22.
[9]姜晓勇，康善存，游立锦，等．双行程气缸：中国，201210426786.4[P].2013-02-20.
[10]赵万远．一种双行程气缸：中国，201920353534.0[P].2019-11-05.
[11]陈丽娇．双行程气缸：中国，201921339810.4[P].2020-05-22.
[12]鲁岱，卢洁红．一种双行程气缸：202111208715.2[P].2022-01-14.
[13]鲁岱，卢洁红．一种双行程气缸：202111209387.8[P].2021-12-31.
[14]鲁岱，卢洁红．一种双行程气缸：202122500073.5[P].2022-03-18.
[15]鲁岱，卢洁红．一种双行程气缸：202122501097.2[P].2022-03-18.
[16]尹晨，张绎．一种双行程气缸：202020441951.3[P].2020-11-10.
[17]赵彤，何苗．一种双行程气缸：201620075882.2[P].2016-07-27.
[18]钟旭祥，冯卓异．一种双行程气缸：201220751540.X[P].2013-06-05.
[19]牛思旗，陈永当，王欣豪，等．轻韧型主动包络软体夹爪设计[J].轻工机械，2024,42(1):36-42.
[20]袁胜发．磁性可变行程气缸的研究[J].液压与气动，2009(2):70-71.后台-系统设置-扩展变量-手机广告位-内容正文底部 -
本文标签：
基于plc的行程可调气缸控制设计与测试验证论文
人参与 2025-02-05 11:45:59 分类 : 教育论文 点这评论 作者：团论文网 来源：https://www.tuanlunwen.com/
-
站内搜索
-
随机文章
-
标签列表
-
-
最近发表
-
-
热门文章 | 最新文章 | 随机文章
-
-
最新留言
-
首页 论文知识 教育论文 毕业论文 教学论文 经济学 管理学 职称论文 法学 理学 医学 社会学 物理学 文献 工程论文 学位论文 研究论文
Powered 团论文网 版权所有 备案号：鄂ICP备2022005557号统计代码
全站搜索