PLC應(yīng)用于節(jié)塊厚度分選機(jī)

葉江林

摘 要：本文通過對(duì)PLC應(yīng)用于節(jié)塊厚度分選機(jī)進(jìn)行改造分析，闡述了節(jié)塊的分類和選擇上應(yīng)用PLC是可行的，使原來由人工進(jìn)行的測(cè)量分級(jí)工作，改變?yōu)樽詣?dòng)控制測(cè)量分級(jí)，具有提高工作效率和減少人工誤差的優(yōu)點(diǎn)，提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：節(jié)塊厚度；分級(jí)；PLC控制

1 概述

本單位的一個(gè)下屬企業(yè)主要生產(chǎn)節(jié)塊，節(jié)塊是一種高強(qiáng)度合金，主要作為切割石材的高效刀具。由于節(jié)塊生產(chǎn)后存在厚度的誤差，為適應(yīng)不同客戶的質(zhì)量要求，產(chǎn)品必須根據(jù)誤差進(jìn)行分級(jí)。節(jié)塊分級(jí)工作原由兩個(gè)人使用游標(biāo)卡尺進(jìn)行測(cè)量分級(jí)，由于測(cè)量效果受游標(biāo)卡尺的精度和人的精神狀況影響較大，容易造成新的誤差，致使人工分級(jí)工作效率低、準(zhǔn)確度差。為解決這個(gè)問題，公司組成了攻關(guān)小組，對(duì)原系統(tǒng)進(jìn)行改造，本人有幸負(fù)責(zé)電氣控制部分的改造。

節(jié)塊厚度分選機(jī)首先利用PLC功能強(qiáng)大和可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，整個(gè)動(dòng)作過程的控制全部由PLC來完成。其次，應(yīng)用光柵尺來測(cè)量節(jié)塊的厚度，測(cè)量后把數(shù)據(jù)輸入PLC，利用PLC對(duì)測(cè)量值的處理能力和運(yùn)算功能，通過數(shù)據(jù)的比較，自動(dòng)控制電磁閥，使節(jié)塊進(jìn)入到各級(jí)的凹槽中，實(shí)現(xiàn)了節(jié)塊的自動(dòng)分級(jí)。最后，利用觸摸屏來設(shè)置和顯示各級(jí)別節(jié)塊的尺寸和產(chǎn)量。據(jù)此，本人制訂了整套PLC的改造方案，可行性經(jīng)攻關(guān)小組人員研究后，予以實(shí)施，取得很好的效果。

2 控制系統(tǒng)主要的硬件配置

2.1 PLC

控制系統(tǒng)選用三菱公司的FX系列PLC，考慮到經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性，決定使用型號(hào)為FX2N-24MR的PLC，該型號(hào)PLC能滿足系統(tǒng)的3個(gè)要求：

（1）有高速計(jì)數(shù)器輸入口，用于光柵尺的脈沖數(shù)據(jù)輸入；

（2）2個(gè)輸入口，用于傳感器信號(hào)輸入；

（3）8個(gè)輸出口，用于控制打開電磁閥。

2.2 觸摸屏

控制系統(tǒng)選用三菱公司生產(chǎn)的GOT1000型觸摸屏，主要實(shí)現(xiàn)3個(gè)功能：

（1）作為啟動(dòng)、停止和切換畫面按鈕使用；

（2）進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，用于顯示節(jié)塊的產(chǎn)量；

（3）進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，用于設(shè)置各級(jí)別節(jié)塊的尺寸參數(shù)。

2.3 光柵尺

光柵尺的全稱是光柵尺位移傳感器，是利用光柵的光學(xué)原理工作的測(cè)量反饋裝置。其測(cè)量輸出的信號(hào)為數(shù)字脈沖，具有檢測(cè)范圍大，檢測(cè)精度高，響應(yīng)速度快的特點(diǎn)。本控制系統(tǒng)選用德測(cè)公司生產(chǎn)的型號(hào)為L(zhǎng)ES1經(jīng)濟(jì)型光柵尺。

LES1型光柵尺是根據(jù)物理上莫爾條紋的形成原理進(jìn)行工作的，在一個(gè)莫爾條紋寬度內(nèi)，按照一定間隔放置4個(gè)光電器件就能實(shí)現(xiàn)電子細(xì)分與判向功能：LES1型光柵尺的柵線為50線對(duì)/mm，其光柵柵距為0.02mm，采用四細(xì)分后便可得到分辨率為5μm的計(jì)數(shù)脈沖，由于位移是一個(gè)矢量，即要檢測(cè)其大小，又要檢測(cè)其方向，需要兩路相位不同的光電信號(hào)。采用由4個(gè)光敏器件獲得的4路光電信號(hào)分別送到2只差分放大器輸入端，從差分放大器輸出的兩路信號(hào)其相位差為π/2，為得到判向和計(jì)數(shù)脈沖，對(duì)這兩路信號(hào)進(jìn)行整形，首先把它們整形為占空比為1：1的方波。然后，通過對(duì)方波的相位進(jìn)行判別比較，就可以得到光柵尺的移動(dòng)方向。通過對(duì)方波脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，可以得到光柵尺的位移和速度（如圖）。

3 控制系統(tǒng)的主要功能

3.1 光柵尺的校準(zhǔn)

開機(jī)后按下觸摸屏的“校準(zhǔn)/啟動(dòng)”鍵，光柵尺的檢測(cè)頭下降至檢測(cè)臺(tái)（檢測(cè)臺(tái)沒有檢測(cè)物），存儲(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行清零，然后檢測(cè)頭上升至頂點(diǎn)，把頂點(diǎn)數(shù)據(jù)存進(jìn)寄存器，完成校準(zhǔn)。

3.2 節(jié)塊的傳送

節(jié)塊在振動(dòng)臺(tái)的帶動(dòng)下，通過斜坡滑動(dòng)到位，按下觸摸屏的“設(shè)置/啟動(dòng)”鍵，待檢傳感器感應(yīng)到有檢測(cè)物，打開電磁閥推動(dòng)活塞桿，把節(jié)塊送到待檢位置，送檢傳感器感應(yīng)到節(jié)塊已經(jīng)送到，打開送檢電磁閥，推動(dòng)活塞桿把節(jié)塊送上檢測(cè)臺(tái)。

3.3 進(jìn)行檢測(cè)

在PLC控制打開送檢電磁閥的同時(shí)，光柵尺的檢測(cè)頭上升，進(jìn)行頂點(diǎn)數(shù)據(jù)校正，活塞桿把節(jié)塊送到檢測(cè)臺(tái)，此時(shí)，檢測(cè)頭下降至檢測(cè)物，并將測(cè)量數(shù)據(jù)放進(jìn)寄存器，通過PLC對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的計(jì)數(shù)，得到節(jié)塊的實(shí)際數(shù)據(jù)。

3.4 節(jié)塊的分級(jí)

PLC將節(jié)塊的實(shí)際數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)尺寸數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，得到誤差值；節(jié)塊按照觸摸屏設(shè)定的誤差范圍，自動(dòng)進(jìn)行分級(jí)并打開相應(yīng)的電磁閥，節(jié)塊分級(jí)工作完成。

4 控制系統(tǒng)的改造

4.1 I/O分配圖（如表1、圖1）

4.2 按控制功能設(shè)計(jì)的狀態(tài)流程圖（如圖2）

4.3 控制動(dòng)作過程分析

（1）校準(zhǔn)/啟動(dòng)

S0 —— 接通電源，復(fù)位（Y0-Y7）。按下觸摸屏的“校準(zhǔn)/啟動(dòng)”鍵。狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S50。

S50—— 復(fù)位（Y7），送檢繼電器（KA1）未得電，控制光柵尺的電磁閥（YV9）得電，檢測(cè)頭下降至檢測(cè)臺(tái)，（T5）得電，1秒后，計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)清零。狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S51。

S51——（Y7）輸出，送檢繼電器（KA1）得電，控制光柵尺的電磁閥（YV9）失電，檢測(cè)頭上升，（T6）得電，1秒后，檢測(cè)頭上升至頂點(diǎn)，寄存器得到頂點(diǎn)數(shù)據(jù)，完成校準(zhǔn)。狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S20。

（2）傳送

S20——有料傳感器（X2）感應(yīng)到有待檢物。狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S21。

S21——（Y6）輸出，待檢電磁閥（YV7）得電，推動(dòng)活塞桿，把節(jié)塊送到待檢位置，（T1）得電，1秒后，送料傳感器（X3）感應(yīng)到節(jié)塊已經(jīng)送到。狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S22。

S22——（T2）得電，延時(shí)0.3秒。狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S23。

S23——（Y7）輸出，（KA1）得電，送檢電磁閥（YV8）得電，推動(dòng)活塞桿把節(jié)塊送上檢測(cè)臺(tái)。

（3）檢測(cè)

S23——（Y7）輸出，（KA1）得電，控制光柵尺的電磁閥（YV9）失電，檢測(cè)頭上升至頂點(diǎn)；（T3）得電，1秒后，把頂點(diǎn)數(shù)據(jù)放進(jìn)高速計(jì)數(shù)器，進(jìn)行頂點(diǎn)校正。狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S24。

S24——（Y7）未輸出，（KA1）失電，電磁閥（YV9）得電，檢測(cè)頭下降；（T4）得電，延時(shí)1秒后，檢測(cè)頭下降至檢測(cè)物，并把檢測(cè)數(shù)據(jù)放進(jìn)寄存器，完成檢測(cè)。狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S20，檢測(cè)下一節(jié)塊。

（4）分級(jí)和計(jì)數(shù)

節(jié)塊的實(shí)際數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，得到實(shí)際誤差值；PLC把觸摸屏設(shè)置的各級(jí)誤差值和實(shí)際誤差值進(jìn)行比較，對(duì)節(jié)塊進(jìn)行分級(jí)：

A級(jí)：當(dāng)誤差值B級(jí)：當(dāng)誤差值>B級(jí)品，且≤D級(jí)品，（Y0）輸出，B級(jí)電磁閥（YV1）打開，節(jié)塊掉進(jìn)B級(jí)品箱，B級(jí)品（C112）計(jì)數(shù)加一。

C級(jí)：當(dāng)誤差值