基于PLC控制的液壓粉塵成型機(jī)設(shè)計

吳超，程正生，孫建軍，邱鳴春，陸珉

(1.江蘇中煙工業(yè)有限責(zé)任公司南京卷煙廠，江蘇南京210019;2.中國船舶重工集團(tuán)公司第707 研究所(九江)，江西九江332000)

粉塵成型機(jī)是一種可以將除塵設(shè)備收集到的粉末狀物料壓實成特定規(guī)格密實棒料的環(huán)保節(jié)能型設(shè)備，該設(shè)備壓制出的密實棒料既便于存放，又便于運(yùn)輸，還可減少運(yùn)輸過程中的二次污染，達(dá)到凈化環(huán)境的目的;并且有些粉塵壓制成的棒料還可做為燃料進(jìn)行再次利用，從而取得節(jié)約能源的效果。因此，該設(shè)備可廣泛應(yīng)用于煙草、造紙、木材等行業(yè)的除塵作業(yè)。

1 粉塵成型技術(shù)現(xiàn)狀

在粉塵、碎末等壓制成型的過程中，采用較多的二種技術(shù)分別是螺旋擠壓和沖壓成型法。螺旋擠壓成型法是指將粉末狀物料在成形腔內(nèi)通過螺桿連續(xù)擠壓形成一定密實度棒狀料的技術(shù)［1］，此法的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉，缺點是由于螺桿擠壓時的力不均勻?qū)е路蹓m成型質(zhì)量不穩(wěn)定;沖壓成型法是指利用液壓推力將粉末狀物料在成形腔內(nèi)沖壓后形成一定密實度棒狀料的技術(shù)，此法的優(yōu)點是成型質(zhì)量穩(wěn)定、出料效率高，缺點是由于應(yīng)用了液壓系統(tǒng)導(dǎo)致成本相對較高。近年來，隨著人們節(jié)能環(huán)保、凈化環(huán)境意識的不斷增強(qiáng)，對粉塵成型技術(shù)也提出了更高的要求，為此，沖壓成型法正在逐步取代螺旋擠壓法成為工業(yè)生產(chǎn)過程中粉末狀物料理想的壓制成型技術(shù)。

2 液壓粉塵成型機(jī)系統(tǒng)組成

液壓粉塵成型機(jī)主要由儲運(yùn)、液壓、冷卻和電控4 個子系統(tǒng)組成:儲運(yùn)系統(tǒng)完成物料的儲存和物料的輸送［2］;液壓系統(tǒng)在為液壓泵提供動力的同時通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成物料的壓制成形;冷卻系統(tǒng)為液壓系統(tǒng)提供循環(huán)的油路和水路冷卻，確保液壓系統(tǒng)正常運(yùn)行;電控系統(tǒng)負(fù)責(zé)完成邏輯控制、信號檢測及人機(jī)交互。物料儲送系統(tǒng)由儲料倉、送料機(jī)構(gòu)組成，送料機(jī)構(gòu)主要包括送料倉、螺旋送料器等;液壓系統(tǒng)由液壓站和成形頭部件組成，液壓站包括送料泵、油冷泵、壓鉗泵等，成形頭部件包括液壓缸、壓縮腔、成形腔、壓鉗等;冷卻系統(tǒng)包括油冷和水冷;電控系統(tǒng)由PLC、人機(jī)操作界面、檢測器件、開關(guān)、繼電器等組成。液壓粉塵成型機(jī)系統(tǒng)組成如圖1所示。

圖1 液壓粉塵成型機(jī)系統(tǒng)組成圖

3 液壓粉塵成型機(jī)工作原理

液壓粉塵成型機(jī)正常啟動后，當(dāng)前方物料連續(xù)不斷地進(jìn)入儲料倉內(nèi)時，在電機(jī)的驅(qū)動下，送料機(jī)構(gòu)將物料順利地送至由液壓馬達(dá)驅(qū)動的送料螺桿上;其次，物料在液壓馬達(dá)的驅(qū)動下，被連續(xù)不斷地送入成形頭部件入口，此時成形頭部件內(nèi)的雙作用雙活塞桿液壓缸驅(qū)動沖壓沖頭將送入的物料進(jìn)行擠壓后分別送入左右兩個成形腔中，在成形腔中，物料在主油缸液壓力的作用下壓縮后形成棒料;最后，壓鉗夾緊裝置在達(dá)到壓力開關(guān)設(shè)定值時自動張開，壓制成形的棒料被推出成形腔，從而結(jié)束整個粉塵成型工作，進(jìn)入下一個循環(huán)周期。液壓粉塵成型機(jī)工作原理如圖2所示。

圖2 液壓粉塵成型機(jī)工作原理圖

4 電控系統(tǒng)設(shè)計

粉塵成型機(jī)電控系統(tǒng)主要由PLC 可編程控制器、人機(jī)交互觸摸屏以及檢測元件、控制元件等組成。其中PLC 是電控系統(tǒng)的核心，它首先要完成各種信號的檢測工作，然后對檢測到的信號進(jìn)行分析和邏輯判斷，最后，根據(jù)邏輯分析和判斷的結(jié)果去控制各個電機(jī)或電磁閥完成相應(yīng)的動作，以此循環(huán)往復(fù)，直至生產(chǎn)結(jié)束。觸摸屏作為一個人機(jī)交互操作界面用于直觀地顯示工況，并完成啟動、停止、參數(shù)設(shè)置等操作。表1所示為粉塵成型機(jī)電控系統(tǒng)的主要開關(guān)量輸入/輸出點。

表1 主要輸入/輸出IO 點

該電控系統(tǒng)的可編程控制器選用了德國西門子公司生產(chǎn)的S7-300 系列PLC 產(chǎn)品［3］，觸摸屏則為西門子公司的6 英寸產(chǎn)品，電控系統(tǒng)主要器件選型如表2所示。

表2 電控系統(tǒng)主要器件選型

圖3所示是采用西門子公司生產(chǎn)的組態(tài)軟件WinccFlexible 編制的觸摸屏人機(jī)交互操作界面。

圖3 液壓粉塵成型機(jī)觸摸屏操作界面

PLC 應(yīng)用程序采用西門子公司的STEP7 編程軟件編制，圖4—6 分別示出了主泵電機(jī)、壓鉗泵電機(jī)和壓鉗電磁閥的邏輯控制原理。

圖4 主泵電機(jī)邏輯控制圖

圖5 壓鉗泵電機(jī)邏輯控制圖

圖6 壓鉗電磁閥邏輯控制圖

5 結(jié)束語

圖7所示是由安裝在卷煙廠除塵室里的液壓粉塵成型機(jī)壓制出的棒料，棒料的規(guī)格為直徑φ80 mm、長度20 ～200 mm 內(nèi)可調(diào)、密實度0.7 ～1.1 g/cm3。該設(shè)備生產(chǎn)能力達(dá)到560 kg/h，完全能夠滿足企業(yè)對節(jié)能環(huán)保的要求。

圖7 粉塵壓制成棒料后的實物圖

【1】潘文，張慶卡.打葉復(fù)烤粉塵的密閉篩分與壓棒［J］.中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2011(19):155.

【2】中國船舶重工集團(tuán)公司第707 研究所(九江).7F/ZFC80 型智能粉塵成型機(jī)說明書［M］，2008:1－10.

【3】SIEMENS.S7-300 可編程序控制器選型手冊［M］，2001:22－48.