利用PLC对橡胶切割过程实现自动控制

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利用 PLC 对橡胶切割过程实现自动控制

引言

橡胶是提取橡胶树、橡胶草等植物的胶乳，可制成有绝缘性、有弹性、不透水和不透气的材

料。新鲜的天然胶乳含橡胶组分 27% ～41 ．3% ( 质量) 、蛋白质 0 ．2% ～4 ．5% 、糖类 0．

36% ～4 ．2% 、水 44% ～70% 、天然树脂 2% ～5% 、灰分 0 ．4% 。橡胶树割胶流出，呈乳

白色，固含量为 30% ～40% ，橡胶粒径平均为 1 ．06μm，可直接作表面涂层、制造薄膜和胶

粘剂等，经加工也可制成生橡胶、胶乳制品( 如手套、海绵、气球、医用胶管等) ，广泛应用于

日常生活中。橡胶的广泛应用带动了当地经济的快速发展，但是胶液的收集确是一大难题。目

前，海南大部分胶农还是采用人工割胶，劳动强度大、效率低、安全性差，从而导致了综合成

本偏高，极大地制约了橡胶产业化、商品化的发展。

为此，设计了一种仿手工割胶的割胶机械，并以弧形挡板、刀片块与螺钉弹簧的配合定距来辅

助割胶; 电机摆放角度、刀片形状与刃口呈 45°角，能防止胶液外流，大大提高割胶的质量。同

时，通过 PLC 对橡胶切割过程实现自动控制，可提高劳动舒适性和割胶效率。

1 割胶方法及原理

1 ．1 割胶方法

乳是在韧皮部的筛管中进行，外树皮的细胞排列紧密，细胞间隙比较小，起到保护作用。割胶

时只需要轻轻滑动刀盘将树皮割裂划破韧皮部分。这里仿照人工割胶的方法，采用倾斜 45°齿

形刀片与弧形挡板的有效结合控制切割深度，可充电电池提供电量，电动机通过主轴带动齿形

刀片快速旋转，胶农只需完成割胶动作，结构简单、操作方便。

1 ．2 割胶原理

当割胶机开始工作时，由电动机提供动力源，通过主轴传递带动齿形刀片快速旋转。右手拿起

割胶机，左手清除树干的一些干枯树皮，理出一条割胶通道，然后刀具向内倾斜插入树皮，沿

着树文向下倾斜 45° 绕树大概1 /2 之后收刀; 稳拿割胶机准确地一刀接一刀的在树上割出四方

皮，完成对橡胶树韧皮部分的切割运动。刀片下面设计成略带弧形挡板，目的是为了更贴合树

干，挡板后为两支柱外套弹簧，内为矩形螺纹，通过机座头部上方孔，从上方旋入矩形螺纹钉

入下面挡板支柱内，固定挡板于支座头上; 通过用螺丝刀旋转上面螺钉可以起到定距作用，以

此来控制刀片切入树体深度，减少割胶破坏率。电机摆放成 45°，即与挡板贴合的树干方向，

同时刀片形状，刃口也为 45°设置，目的是让切入树的位置为深度倾斜向里，防止胶液外流，

胶液能顺利从树干倾斜口向下流到集胶碗里。

2 割胶机的机械结构与功能

2 ．1 割胶机的机械结构

割胶机的机械结构如图1( a) 所示，三维装配图如图1( b) 所示，三维爆炸图如图1( c) 所示。该

割胶机设计为手拿式切割机构，小型便捷，机械部分主要由机体、切割装置和挡板装置组成。

机体主要由支座架和手柄构成; 切割装置主要由电动机、主轴、45°齿形刀具和刀罩等构成; 挡

板装置主要由弧形挡板，刀片块和螺钉弹簧等构成。

2 ．2 割胶机结构的部分功能

切削部分主要由电动机提供动力源，通过主轴转动带动刀具飞快旋转以达到预期目的，提供给

刀盘一个旋转动力，从而带动刀盘在树干上的韧皮部分进行切割运动。刀具结合刀罩，既美观

又提高安全系数; 并采用刀锋倾斜 45°完全适应划刀沟槽，避免破坏树干机理，可快速完成割胶

动作，直接提高劳动舒适性和工作效率; 将刀片直接安装在电动机主轴上，减少能量损失，配

合垫圈和螺母以固定。垫圈是垫在螺母与刀片之间的零件，一般为扁平型的金属环，用来保护

刀片不受螺母的擦伤，分散螺母对刀片的压力。挡板部分可适应刀具和树皮结构、手动调节深

度，大大提高了精准性; 手柄部分适应人体工艺学满足了握柄的舒适度和便捷度。

3 控制系统的硬件结构

3 ．1 PLC 控制系统

随着电子技术和信息技术的飞速发展，出现了多种实用的控制技术，如继电器控制技术、计算

机控制技术、单片机控制技术及PLC 控制技术等。可编程程序控制器( 简称PLC) 是带有存储

器和可以编制程序的控制器，是可以在工业环境下应用而设计的一种数字运算操作的电子装

置。它能够存储和执行指令，进行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作，并通

过数字式和模拟式的输入输出，控制各种类型的机械和生产过程。PLC 具有编程方便、功能完

备、开发周期短、可靠性高等优点，广泛应用于自动控制的领域中。本割胶机采用 PLC 为核

心控制器，实现运动的自动控制。

3 ．2 PLC 硬件系统

硬件系统结构如图2 所示。PLC 硬件系统一般由中央处理器( CPU) 、存储单元、输入输出接

口、电源、I/O 接口、外部设备接口及编程设备等几个部分构成。外部设备所呈现的各种信号

会作为变量通过接口输入到PLC 系统程序中，经过数据处理和逻辑运算之后，再以变量的形

式输入到相对应的输出接口，就可以使输出设备控制外部设备的一系列运动。

4 PLC 控制系线图统的I / O 接及梯形图

为了实现整个割胶系统运动的自动控制，割胶机的控制将采用日本三菱公司生产的 FX2N 系列

PLC 来完成，然后用步进梯形指令( STL) 来编写割胶机的控制程序。其I/O 接线顺序功能图如

图3 所示，I/O 点分配表如表 1 所示，其系统程序梯形图如图4 所示，相对应的指令表如表 2

所示。其输入和输出条件分别表示如下: X0 为行位开关，用来控制电动机的正转;X1 为行位开

关，用来控制电动机的反转; X2 为行位开关，用来使工作停止; F Ｒ为过载保护; Y1 为电动机

正转; Y2 为电动机反转。【图 2-4】【表1-2】

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摘要：

利用PLC对橡胶切割过程实现自动控制引言橡胶是提取橡胶树、橡胶草等植物的胶乳，可制成有绝缘性、有弹性、不透水和不透气的材料。新鲜的天然胶乳含橡胶组分27%～41．3%(质量)、蛋白质0．2%～4．5%、糖类0．36%～4．2%、水44%～70%、天然树脂2%～5%、灰分0．4%。橡胶树割胶流出，呈乳白色，固含量为30%～40%，橡胶粒径平均为1．06μm，可直接作表面涂层、制造薄膜和胶粘剂等，经加工也可制成生橡胶、胶乳制品(如手套、海绵、气球、医用胶管等)，广泛应用于日常生活中。橡胶的广泛应用带动了当地经济的快速发展，但是胶液的收集确是一大难题。目前，海南大部分胶农还是采用人工割胶，劳动强度大...

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