基于PLC的釩氮合金自動卸料裝置的控制系統(tǒng)研究與設(shè)計

薛靜靜，秦東興

XUE Jing-jing1 , QIN Dong-xing2

（1.成都信息工程大學(xué) 電子工程學(xué)院，成都 610225；2.成都信息工程大學(xué) 控制工程學(xué)院，成都 610225）

0 引言

由于釩氮燒結(jié)礦生產(chǎn)過程中處于的特殊生產(chǎn)環(huán)境，即高爐在燒結(jié)過程中，溫度有上千度，室內(nèi)工作溫度在夏季經(jīng)常會達到40℃左右，比一般企業(yè)惡劣的多。在如此環(huán)境之下，從業(yè)人員在燒結(jié)礦的生產(chǎn)線上，常年經(jīng)受著高溫酷熱，而且由于燒結(jié)礦傾倒與制作過程中粉塵嚴重，對身體會造成極大的傷害，為此，設(shè)計了此設(shè)備。裝置安放在工廠內(nèi)部，工人只需要按動電器開關(guān)上電，再通過觸摸屏控制機械機構(gòu)的運動，避免了通過人力去翻動、傾倒燒結(jié)礦。

本文中，使用可編程控制器（PLC，Programmable Logic Controller），它實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機，在工業(yè)中應(yīng)用廣泛。PLC的結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機相同，并且，PLC具有鮮明、獨特的特點，如使用方便，編程簡單；功能強大，性價比相對較高。文章中使用了臺達PLC，PLC選型為DVP48EH00T3，I/O各有24個，通過編輯梯形圖控制電機進行相應(yīng)的動作。

1 自動打散、卸料設(shè)備設(shè)計目標與工作原理

1.1 打散、卸料設(shè)備要完成的預(yù)定目標

裝置的控制系統(tǒng)應(yīng)用用于公司或企業(yè)的燒結(jié)礦流水線的卸料部分，可提高生產(chǎn)線的自動化程度，節(jié)約勞動力。特殊的環(huán)境下，所需的卸料設(shè)備的設(shè)計需要充分了解使用所處的環(huán)境，即溫度、工作環(huán)境，并且需要采用實際有效的密封方法和耐高溫的電氣設(shè)備，保證設(shè)備在惡劣的環(huán)境中能夠正常運行；其次要考慮燒結(jié)的工藝，使用打散機構(gòu)來實現(xiàn)燒結(jié)塊在石墨坩堝內(nèi)的打散動作，保證燒結(jié)礦能順利落下。設(shè)備的運行過程由兩個部分構(gòu)成，一是把坩堝內(nèi)燒結(jié)好的燒結(jié)礦與石墨坩堝間抖松，二是把抖松后的坩堝，通過機械機構(gòu)自動夾持到料斗區(qū)倒入料斗中，然后將石墨坩堝放回原來得位置。

1.2 自動打散、卸料設(shè)備的工作原理

一個動作周期的工作過程為：系統(tǒng)需要接收爐控PLC發(fā)出的來料信號，然后打散裝置下行到打散位置，打散氣缸執(zhí)行打散，打散后回歸打散原點。等待外圍傳送裝置及傳送帶把坩堝運送到夾持位置，爐控PLC發(fā)出執(zhí)行夾料命令，夾料裝置自動夾持到料斗區(qū)倒掉里面的燒結(jié)礦，然后回歸原位，最后反饋一個信號給爐控PLC。

2 臺達PLC構(gòu)建的機構(gòu)控制系統(tǒng)的方案設(shè)計

2.1 硬件設(shè)計

自動卸料裝置系統(tǒng)的硬件的上位機為觸摸屏，下位機為臺達的PLC，臺達的PLC可控制設(shè)備進行一系列的動作，通過與上位機的通信，來執(zhí)行相應(yīng)的操作，方便工作人員控制，也可實現(xiàn)遠距離操作，避免了在卸料工程中出現(xiàn)的粉塵對人身體造成的傷害。如圖1所示，PLC的I/O接口連接到了需要控制的硬件部分。

觸摸屏選用了臺達的DOP-B07S411，圖2為設(shè)計的觸摸屏的界面圖。觸摸屏界面主要設(shè)計了手動模式和自動模式，以及對設(shè)備的動作所進行的操作與復(fù)位功能，操作簡單方便。

圖1 系統(tǒng)硬件圖

表1 機構(gòu)器件的選型列表

2.2 系統(tǒng)軟件的設(shè)計

系統(tǒng)的軟件是在WPLSoft軟件中，編寫程序完成設(shè)計的。編程采用了直觀的梯形圖來完成，方便修改程序，簡化操作。

2.2.1 I/O口的定義

PLC的I/O點如下：

輸入點：4個直線運動模組，極限位置的限位開關(guān)8個；Z方向運動機構(gòu)，夾持位置和倒料位置共4個，2個到位開關(guān)；生產(chǎn)線上坩堝到打散位置檢測：2個到位開關(guān)。

輸出點：6個電磁閥，6個輸出；計數(shù)報警輸出：2個；4個步進電機，脈沖和方向，共8個輸出點。

圖2 手動模式與自動模式的界面圖

2.2.2 控制程序的設(shè)計

設(shè)備的控制程序分為手動模式和自動模式，通過觸摸屏進行設(shè)備的運行操作。

在手動模式中，各運動裝置與翻轉(zhuǎn)裝置采用點動方式，打散氣缸和夾緊氣缸為交替按鈕，按下時會保持，再按一次會關(guān)閉。每個運動裝置和翻轉(zhuǎn)裝置可以自動復(fù)位。自動模式下，各運動裝置無法進行點動。當切換到自動模式后，如果初始狀態(tài)各軸機構(gòu)沒有在原點狀態(tài)，按下電控箱上的復(fù)位按鈕，各軸會自動回原點，然后按一下啟動按鈕，程序啟動，自動進行運行。

1）打散動作的控制

由傳感器檢測下個坩堝到位，Z2軸將打散機構(gòu)下降到移動位置，然后由PLC通過控制電磁閥，控制氣缸讓打散機構(gòu)將燒結(jié)塊打散。

2）抓取和翻轉(zhuǎn)動作的控制過程

由傳感器檢測到被打散后的坩堝到位，Z1軸帶動Y軸和夾持機構(gòu)下降到指定的位置，PLC通過控制電磁閥使左右氣缸推動夾手加緊坩堝。Z1軸運動提升將坩堝抬到一定高度，然后Y軸帶動坩堝移動到料斗上方后，由翻轉(zhuǎn)機構(gòu)通過電機帶動減速機、齒輪機構(gòu)使坩堝翻轉(zhuǎn)180°，再由翻轉(zhuǎn)機構(gòu)將坩堝翻轉(zhuǎn)到原位，Y軸運動到同步帶上方，Z1軸下降到位，氣缸松開，石墨坩堝放回到傳送帶上。圖3為程序設(shè)計的流程圖，圖4為梯形圖，由于梯形圖過長，這里只給出了程序開始的子程部分。

表2 編程軟件中使用的I/O批注

圖3 系統(tǒng)的程序流程圖

3 結(jié)論

圖4 系統(tǒng)的起始程序

本文介紹了基于PLC控制步進電機帶動釩氮合金自動打散與卸料裝置進行相關(guān)工作的工作原理以及實現(xiàn)方法，分別從硬件以及軟件部分介紹功能的實現(xiàn)。

硬件部分著重介紹要實現(xiàn)打散與卸料功能所需的模塊，軟件部分介紹如何通過PLC編程軟件，利用梯形圖語言實現(xiàn)各個運動模塊之間的協(xié)調(diào)運動，文中所提到的設(shè)備已經(jīng)經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)試，具有較高的穩(wěn)定性，達到了設(shè)計要求。本文中的系統(tǒng)可以減少工人在復(fù)雜惡劣環(huán)境中安全事故的隱患，同時也減輕從業(yè)人員的勞動強度。

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