基于PLC的砌塊機(jī)電控設(shè)計(jì)

俞曉豐，周 民

（武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北武漢 430070）

0 引言

砌塊機(jī)作為近年來(lái)建材設(shè)備中，發(fā)展較快的一種，無(wú)論在原材料提取，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，與原老式設(shè)備相比，都有顯著的提高。它利用爐渣、粉煤灰、煤矸石等固體工業(yè)廢料為原料，取材廣泛，利于資源回收，對(duì)環(huán)境的破壞甚少，并引入PLC，觸摸屏技術(shù)[1]，能使設(shè)備的工作狀態(tài)更直觀顯示，且布料均勻，采用變頻技術(shù)，激振力增強(qiáng)，制成品強(qiáng)度高，成型過(guò)程周期顯著縮短，有利于大規(guī)模自動(dòng)化生產(chǎn)，是未來(lái)建筑材料設(shè)備的重要發(fā)展方向。

1 工藝流程及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 砌塊機(jī)的工藝流程

砌塊機(jī)的工藝流程分為棧板輸送、雙層布料、破供、成型、脫模、彩磚輸出、碼垛和叉車(chē)入庫(kù)。棧板輸送是由傳送電機(jī)控制，經(jīng)導(dǎo)軌輸送到磚模下方開(kāi)始布料，面料和底料都是按比例搭配好裝入料斗的，先布置底料，上壓斗下壓，將模具中的底料壓實(shí)成型，上壓斗上升，繼而布置面料，上模降并變頻激振，使磚坯壓緊壓實(shí)，下模升使成品輸出，由輸送鏈條將彩磚運(yùn)到升降臺(tái)進(jìn)行碼垛，整個(gè)設(shè)備的生產(chǎn)工藝圖如圖1所示。

圖1 工藝流程圖

1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

本設(shè)備采用機(jī)、電、液結(jié)合的控制方法，動(dòng)力系統(tǒng)由傳動(dòng)鏈電機(jī)M3，大油泵電機(jī)M1，小油泵電機(jī)M2，兩臺(tái)變頻電機(jī)M4、M5，砌塊成型機(jī)分為主機(jī)、底料斗、面料斗、供板裝置、傳送臺(tái)、升降臺(tái)、液壓站和電氣控制柜，同時(shí)配有相應(yīng)的行程開(kāi)關(guān)和接近開(kāi)關(guān)來(lái)檢測(cè)信號(hào)，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)還包括液壓馬達(dá)和相關(guān)的電磁閥，電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用LG的MASTER-K200的PLC和PMU觸摸屏相結(jié)合，下位機(jī)PLC和上位機(jī)PMU之間以串行RS-232C接口進(jìn)行通訊，能充分滿足設(shè)備工作過(guò)程控制狀態(tài)信號(hào)的實(shí)時(shí)性。其主要硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 設(shè)備機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖

1.3 液壓系統(tǒng)

本設(shè)備的液壓系統(tǒng)采用雙泵供油運(yùn)動(dòng)回路，系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)過(guò)程中有利于保持油壓平穩(wěn)，獨(dú)立供油。大油泵為設(shè)備主機(jī)的動(dòng)力源，執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要包括面料車(chē)、面料斗、面料臺(tái)、底料斗、底料車(chē)、下模和上模；小油泵為升降臺(tái)與傳送臺(tái)的動(dòng)力源，執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要包括傳送鏈馬達(dá)、升降臺(tái)馬達(dá)和夾緊缸。液壓系統(tǒng)有7個(gè)三位四通的電液換向閥，2個(gè)二位四通的單向閥，17個(gè)控制開(kāi)關(guān)KA1-KA17分別連接PLC輸出觸點(diǎn)的YA1-YA17，其液壓傳動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖如圖3所示。

2 PLC控制系統(tǒng)與PMU觸摸屏實(shí)現(xiàn)

2.1 PLC控制系統(tǒng)

主控單元采用LG MASTER-K200s，最大可擴(kuò)張到512個(gè)I/O點(diǎn)數(shù)，支持RS-232C通訊，24 VDC輸入模塊，繼電器輸出模塊(2A)，成型機(jī)有手動(dòng)調(diào)節(jié)，單循環(huán)，自動(dòng)循環(huán)。首先進(jìn)行設(shè)備機(jī)電設(shè)備一體聯(lián)，確認(rèn)設(shè)備功能動(dòng)作的正確性。設(shè)備功能測(cè)試正確完善，即測(cè)試自動(dòng)控制模式。油缸和馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)位置確定是由安裝在設(shè)備中的接近開(kāi)關(guān)和行程開(kāi)關(guān)進(jìn)行限制的，設(shè)備上的行程開(kāi)關(guān)及響應(yīng)功能的接近開(kāi)關(guān)有底料斗處板子行程開(kāi)關(guān)、底料斗行程開(kāi)關(guān)、底料斗處鏈條接近開(kāi)關(guān)和底料斗翻轉(zhuǎn)接近開(kāi)關(guān)；模具臺(tái)：上模上限

圖3 設(shè)備液壓傳動(dòng)結(jié)構(gòu)示意圖

位接近開(kāi)關(guān)，開(kāi)始振動(dòng)和振動(dòng)結(jié)束接近開(kāi)關(guān)，下模上限位以及下模下限位接近開(kāi)關(guān)；面料臺(tái)：面料臺(tái)行程開(kāi)關(guān)；傳送臺(tái)：鏈條行程開(kāi)關(guān)；升降臺(tái)：升降臺(tái)夾緊和松開(kāi)行程開(kāi)關(guān)，升降臺(tái)油缸行程開(kāi)關(guān)，升降臺(tái)自動(dòng)結(jié)束行程開(kāi)關(guān)，面料斗翻轉(zhuǎn)接近開(kāi)關(guān)；整個(gè)設(shè)備電氣連接結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

2.2 PLC控制系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)

LG MASTER-K200s的執(zhí)行實(shí)時(shí)性高，達(dá)到0.5/step，網(wǎng)絡(luò)功能模塊支持RS232C串口通訊，PLC控制器，PC機(jī)，PMV觸摸屏三者之間通過(guò)RS232C串口通訊，編程和調(diào)試環(huán)境采用KGL_WE軟件[2]，支持系統(tǒng)在線編程和監(jiān)控調(diào)試，斷點(diǎn)調(diào)試執(zhí)行等多種優(yōu)點(diǎn)，首先，采用機(jī)、電、液聯(lián)調(diào)試驗(yàn)確認(rèn)設(shè)備功能的正確性[3]?？紤]到現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的安全性，結(jié)合設(shè)備自身特點(diǎn)，先進(jìn)行確認(rèn)安全開(kāi)關(guān)，即，行程開(kāi)關(guān)、接近開(kāi)關(guān)。進(jìn)而進(jìn)行確認(rèn)液壓傳動(dòng)及電機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，完成單動(dòng)測(cè)試，進(jìn)而使用開(kāi)發(fā)環(huán)境KGL_WE進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)聯(lián)動(dòng)，完成機(jī)、電、液聯(lián)調(diào)。確認(rèn)設(shè)備具有相關(guān)的功能之后，再根據(jù)設(shè)計(jì)工藝，優(yōu)化相關(guān)的功能參數(shù)，安全、高效地完成相關(guān)混合料的試驗(yàn)制造。通過(guò)機(jī)電液聯(lián)調(diào)后即可采用自動(dòng)控制模式進(jìn)行自動(dòng)化批量生產(chǎn)。整個(gè)控制模塊與控制器的I/O地址分配如圖5所示。

現(xiàn)以設(shè)備機(jī)械振動(dòng)功能部分編寫(xiě)軟件，控制狀態(tài)S00.05，手動(dòng)控制部分的梯形圖程序如圖6所示。

圖4 電氣連接結(jié)構(gòu)圖

其中M0020是自動(dòng)循環(huán)的輔助寄存器，并聯(lián)手動(dòng)振動(dòng)按鈕P0002，可同時(shí)控制變頻器的啟動(dòng)和接觸繼電器，實(shí)現(xiàn)電機(jī)開(kāi)始振動(dòng)，采用置位SET指令來(lái)控制上模下降及振動(dòng)功能的起停，其中P003B位面料車(chē)原位觸點(diǎn)，T0005是面料車(chē)進(jìn)到位延時(shí)定時(shí)器。

最后編寫(xiě)置位后各個(gè)寄存器、定時(shí)器以及輸出觸點(diǎn)的情況，以滿足機(jī)構(gòu)的振動(dòng)動(dòng)作。

3 結(jié)束語(yǔ)

圖5 I/O地址分配圖

圖6 梯形圖

自QTF9-20型砌塊/彩磚自動(dòng)化成型機(jī)生產(chǎn)線正式投產(chǎn)以來(lái)，大幅度提高了建筑資源的有效利用，保證安全生產(chǎn)的同時(shí)，提高了生產(chǎn)效率，減少了工作強(qiáng)度，其相關(guān)產(chǎn)品質(zhì)量滿足社會(huì)的要求。

［1］仲崇生.QTY6_15型全自動(dòng)混凝土砌塊成型機(jī)的設(shè)計(jì)［J］.建筑砌塊與砌塊建筑，2007（3）：43-45.

［2］LG產(chǎn)電.LG可編程邏輯控制器MASTER-K200S系列用戶(hù)手冊(cè)［Z］.2010.

［3］姜繼海，宋錦春，高常識(shí).液壓與氣壓傳動(dòng) ［M］.北京：高等教育出版社，2009.