基于PLC的多站式不定量裝車送料系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李 俊

(臨汾職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 臨汾 041000)

0 引言

冶金、煤炭、建材、電力等生產(chǎn)部門都廣泛使用送料裝車設(shè)備[1]，由于老式送料裝車設(shè)備多采用接觸器-繼電器的方式控制，這不但需要一定的人工配合而且還有一定的危險性，生產(chǎn)效率相對來說也比較低[2,3]，隨著工業(yè)自動化程度的提高，在很多生產(chǎn)實(shí)踐中都引入了PLC技術(shù)對原有的設(shè)備進(jìn)行了改造，但從查閱了大量的文獻(xiàn)來看，絕大多數(shù)的裝車送料系統(tǒng)均是采用多級傳送帶配合料斗的電磁閥進(jìn)行物料的裝載，并沒有對送料到站的環(huán)節(jié)進(jìn)行設(shè)計(jì)和描述，本文就是在原有裝料進(jìn)車的基礎(chǔ)上，對物料按提前設(shè)計(jì)好的量運(yùn)送到多站中的指定位置進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，以完善工作需求，進(jìn)一步提升生產(chǎn)作業(yè)的自動化水平。

1 任務(wù)描述

工作場景見圖1。生產(chǎn)線上有5個停靠站供物料下放，每個?？空救菁{或需求物料的量不同。每一個?？空揪O(shè)有呼叫按鈕及呼叫成功的指示燈一盞，多站均呼叫時，先按下者優(yōu)先響應(yīng)。每一站及料斗下方均設(shè)有限位開關(guān)一個，用于檢測小車是否已到達(dá)指定位置，運(yùn)料小車由一臺三相異步電動機(jī)拖動，電動機(jī)正反轉(zhuǎn)控制著小車左右行駛。當(dāng)小車到達(dá)料斗的正下方(SQ0=1)時，5個站就可以對物料小車進(jìn)行呼叫，當(dāng)某站呼叫成功時，該站指示燈亮；料斗閥門K1打開(閥門打開時間的長短決定了物料的量)進(jìn)行物料的裝車，裝滿一定量后K1關(guān)閉，運(yùn)料小車向右行駛到達(dá)該呼叫站點(diǎn)同時小車閥門K2打開進(jìn)行物料下放，下放時間到后K2關(guān)閉，同時該站的呼叫指示燈滅，小車向左行駛，回到料斗下方，重新開始下一輪的裝車送料。整個系統(tǒng)設(shè)有啟?？刂啤?/p>

圖1 工作場景

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 硬件選擇

PLC是一個用于工業(yè)控制的數(shù)字運(yùn)算操作裝置[4]，其生產(chǎn)廠家眾多，德國西門子研發(fā)的PLC除了功能豐富、使用方便外，硬件的高度集成化和強(qiáng)大的自檢功能及維修的透明度使其在市場上有較為廣泛的應(yīng)用，考慮到本設(shè)計(jì)的需求及經(jīng)濟(jì)性的考慮，在這里選用具有8入/6出的CPU222作為主機(jī),外加具有8點(diǎn)DC輸入、8點(diǎn)DC輸出的EM223作為擴(kuò)展模塊來滿足設(shè)計(jì)的需求，具體I/O地址編號見表1。

表1 I/O地址分配表

2.2 硬件接線圖

圖2 硬件接線圖

3 軟件實(shí)現(xiàn)

3.1 程序設(shè)計(jì)

通過對工作任務(wù)的分析，該系統(tǒng)是由若干個功能相對獨(dú)立但各部分又有相互連鎖關(guān)系的工序構(gòu)成，若以基本指令完成控制功能，其連鎖部分編程較易出現(xiàn)錯誤且程序較長，為解決以上問題，可選擇使用西門子V4.0 STEP 7 MicroWIN SP9編程軟件中的順控指令進(jìn)行程序的編寫。按照其工作流程把正常運(yùn)行時的部分(包括一站、五站呼叫，二、三、四站因空間問題省略)順序功能圖整理如圖3。

圖3 部分順序功能圖

3.2 梯形圖的編寫

當(dāng)該系統(tǒng)在運(yùn)行的過程中尤其是在裝車或送料的過程中一旦出現(xiàn)斷電，系統(tǒng)里所有的動作均會停止，而此時小車中已有物料，為保障再次啟動時仍能實(shí)現(xiàn)定量送料，程序編寫時必須考慮掉電保持功能。實(shí)現(xiàn)的方法包括：1)料斗閥和小車閥門的開通時長要用具有記憶功能的通電延時型定時器TONR來實(shí)現(xiàn)，并且在滿足跳轉(zhuǎn)條件后自動復(fù)位該定時器。2)在系統(tǒng)塊的斷電數(shù)據(jù)保持中定義具有掉電數(shù)據(jù)保持功能的輔助繼電器的范圍。在進(jìn)入各個站呼叫成功后的運(yùn)行狀態(tài)塊(例如S1.0-1.2)時，同時置位一個具有掉電數(shù)據(jù)保持的輔助繼電器,在滿足跳轉(zhuǎn)條件后及時復(fù)位該輔助繼電器。3)在主程序中(狀態(tài)塊外)首次掃描時要用該輔助繼電器置位相應(yīng)的狀態(tài)塊用于實(shí)現(xiàn)掉電保護(hù)。

圖4以一號站呼叫為例來說明任務(wù)實(shí)現(xiàn)的部分梯形圖。其中網(wǎng)絡(luò)1的功能為首次掃描時對前一時段程序運(yùn)行時有無掉電的情況進(jìn)行判斷，如果是在各站裝車送料的過程中有斷電的情況，則通過有掉電保持功能的輔助繼電器使程序直接跳轉(zhuǎn)到掉電時程序的運(yùn)行狀態(tài)塊中繼續(xù)運(yùn)行；如果沒有掉電的情況，則置位S0.0,復(fù)位S0.1開始的其它所有狀態(tài)塊。網(wǎng)絡(luò)2為停止功能。為保障系統(tǒng)的正常運(yùn)行，只允許在各站呼叫成功并開始工作前進(jìn)行停止操作，使程序回到狀態(tài)塊S0.0。網(wǎng)絡(luò)3至11為電動機(jī)左行到位及5個站臺呼叫的程序。網(wǎng)絡(luò)12到網(wǎng)絡(luò)20為1站臺呼叫成功后的動作執(zhí)行，其中定時器T6的延時時長決定著物料閥門打開的時長即下放物料量的多少，定時器T7的延時時長代表小車閥門的開啟時長，同樣和物料量相關(guān)。其它4站呼叫成功后的工作流程和站1呼叫成功后的工作流程是相同的，這里不再重復(fù)描述。但所選擇的定時器的延時時長要與所需物料量的多少相關(guān)聯(lián)。

圖4 部分梯形圖

4 結(jié)語

1) 物料的量通過料斗閥門K1的開通時間來控制，精確度不是很高，建議采用壓力傳感器來實(shí)現(xiàn)物料的定量控制。

2) 物料站不在一條直線上時，可以在小車上安裝傳感器采用尋跡的方式進(jìn)行定位，或者采用多軌道的方式實(shí)現(xiàn)。

總之，PLC技術(shù)的引入使得裝車送料系統(tǒng)在人工參與、生產(chǎn)效率、人身安全及功能應(yīng)用上均有很大程度的改善，多站不定量式的升級改造使得裝車送料系統(tǒng)功能更加完善，性能更人性化。