洗煤廠用濾布激光自動(dòng)切割機(jī)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

李韜晦

(晉能控股煤業(yè)集團(tuán) 煤炭洗選分公司，山西 大同 037003)

濾布作為選煤廠煤泥水處理常用的材料，消耗量巨大，成本相對(duì)較高。在濾布加工過程中，最主要的環(huán)節(jié)就是濾布原材料的裁剪。傳統(tǒng)濾布加工采用人工裁剪作業(yè)，存在勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低、精度差、裁剪損耗較多等問題。針對(duì)這些問題提出了通過自行研發(fā)濾布激光自動(dòng)切割機(jī)進(jìn)行全程自動(dòng)化切割作業(yè)，提高了濾布裁剪效率與精度，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了減人增效與提效增效。

1 設(shè)計(jì)方案

濾布自動(dòng)切割機(jī)主要由機(jī)架、激光頭、行走裝置總成、激光系統(tǒng)總成、電控系統(tǒng)等組成，設(shè)計(jì)實(shí)物見圖1。使用激光頭按預(yù)先設(shè)定的程序，將濾布切割成需要的形狀，具體分為軟件設(shè)計(jì)和硬件設(shè)計(jì)兩部分。

圖1 濾布激光自動(dòng)切割機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)物

1.1 軟件設(shè)計(jì)

1) 組態(tài)軟件：選用組態(tài)王6.55版本，此軟件兼容性較好。

2) 編程軟件：224XP選用STEP 7-MICRO/WIN，版本為V4.0.0.25，此版本基本為最新版本，能兼容下行版本程序。ST60選用STEP 7- MICRO/WIN SMART，版本為V02.04.00.00_00.07，此版本功能一般，但夠用。

3) 畫圖軟件：選用PC|SCHEMATIC電路圖專用軟件，版本為17.0.2.56，為最新版本，畫電路圖功能強(qiáng)大。

1.2 硬件設(shè)計(jì)

1) 上位機(jī)。上位機(jī)為追求系統(tǒng)穩(wěn)定，CPU選用服務(wù)器處理器E5系列，SSD硬盤。

2) 驅(qū)動(dòng)電機(jī)。各類驅(qū)動(dòng)電機(jī)都選用閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)，具體為：

進(jìn)料軸：130BYG350D閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)1臺(tái)，配備1∶20渦輪減速機(jī)，3HSS2208H-110驅(qū)動(dòng)器，柔性聯(lián)軸器，細(xì)分1 200。

畫筆軸：42HBS0.55N-VX閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)1臺(tái)，HB808C驅(qū)動(dòng)器，鋼性聯(lián)軸器，細(xì)分800。

XY切割軸：130BYG350D閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)4臺(tái)，配備HBS86H驅(qū)動(dòng)器，柔性聯(lián)軸器，細(xì)分800。

3) 機(jī)架。主機(jī)架：選型為304不銹鋼50 mm×100 mm方管，蜂窩板為孔徑100 mm，總尺寸2 300 mm×2 300 mm。

進(jìn)料濾布總成：自行加工兩根軸直徑100 mm，長(zhǎng)2 300 mm，每根軸兩端安裝軸承、擋板。張緊軸選用兩根，直徑80 mm，長(zhǎng)2 300 mm，兩端安裝軸承。

出料平臺(tái)：白鐵皮做面，下筋為30 mm×30 mm角鋼，固定方式卯。

各類防護(hù)罩、電源箱：選用304不銹鋼板材，防護(hù)罩選用0.2 mm厚板材，電控箱選用0.4 mm厚板材，筋選用20 mm×20 mm不銹鋼方管。

X軸防護(hù)罩：為觀察設(shè)備運(yùn)行情況，選用5 mm厚亞克力板。

移動(dòng)線材：為保護(hù)各類移動(dòng)線材，選用50 mm×100 mm塑料拖鏈。

4) 現(xiàn)場(chǎng)中央控制處理單元。因需圓弧補(bǔ)差指令，選用S7-200-224XP處理器為第一處理器，S7-200 ST60處理器為第二處理器，電源選用SITOP PSU200M。

激光管組件：選用1 600 mm長(zhǎng)，直徑140 mm，功率100 W，23 mm反射鏡兩片，23 mm聚光鏡1片。

畫筆組件：因重量較輕，選用5 mm亞克力板為底板和固定架，彈性筆架選用50 mm×50 mm方管制作。

風(fēng)、水源：水源選用激光管專用變頻水泵CW-5000，風(fēng)泵選用ACO-012。

通訊模塊：因RS485長(zhǎng)距離穩(wěn)定性較差，所以選用四口的UT-794iPC板卡，信號(hào)隔離為較先進(jìn)的磁耦隔離。

輔助電器：閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)電源選用兩臺(tái)環(huán)形500W變壓器。3臺(tái)接觸器選用LC1D18。6個(gè)中間繼電器選用RXM4AB2BD。警示燈選用三色DC24 V，型號(hào)DT50-3W-S-Z。

限位開關(guān)：8個(gè)限位開關(guān)選用SBI10U-M30-AP4X2，其中3個(gè)為XY電熱刀參考點(diǎn)限位。

5) 防斷電自動(dòng)回零功能。因防止在運(yùn)行中突然斷電，再重新上電后5臺(tái)閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)坐標(biāo)失效，必須配備相應(yīng)的參考點(diǎn)尋找程序，在PLC上電的第一個(gè)掃描周期進(jìn)線參考點(diǎn)尋找指令。X軸以16號(hào)0.6(I0.6)為原點(diǎn)限位搜索速度800/s脈沖進(jìn)行原點(diǎn)搜索，若上電后切割頭觸動(dòng)I0.6不執(zhí)行指令，否則進(jìn)行負(fù)坐標(biāo)方向搜索原點(diǎn)限位(I0.6)；Y軸以16號(hào)0.2(I0.2) 為原點(diǎn)限位搜索速度800/s脈沖進(jìn)行原點(diǎn)搜索，若上電后切割頭觸動(dòng)I0.2不執(zhí)行指令，否則進(jìn)行負(fù)坐標(biāo)方向搜索原點(diǎn)限位(I0.2)，Y1Y2軸取同一信號(hào)。T60切割軸利用AXISO_RSEEK指令，經(jīng)試驗(yàn)，該指令上電第一個(gè)掃描周期使用SM0.1并不能正常工作，所以利用T32定時(shí)器進(jìn)行周期10 ms×10 ms(0.1 s)的延時(shí)，以I1.3為原點(diǎn)限位，搜索速度800/s脈沖進(jìn)行原點(diǎn)搜索，若上電后切割頭觸動(dòng)I1.3則不執(zhí)行指令，否則進(jìn)行負(fù)坐標(biāo)方向搜索原點(diǎn)限位(I1.3)；進(jìn)料軸因坐標(biāo)失效也不影響運(yùn)行，程序運(yùn)行時(shí)執(zhí)行指令為相對(duì)坐標(biāo)指令，和另外4臺(tái)運(yùn)行方式不同(絕對(duì)運(yùn)行指令)，所以不進(jìn)行參考點(diǎn)尋找指令。

2 應(yīng)用效果

濾布自動(dòng)切割機(jī)先后在5家洗煤廠試驗(yàn)和應(yīng)用，與人工裁剪應(yīng)用效果進(jìn)行了對(duì)比。人工剪裁1塊用時(shí)20 min，需3人，合格率83%；自動(dòng)切割機(jī)剪裁1塊用時(shí)6 min，需1人，合格率98%.采用激光切割濾布，功耗小，切割面平整度高，并且?guī)缀鯖]有煙霧；采用閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)，避免了傳統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)丟步缺陷，又相比伺服電機(jī)有較高的性價(jià)比，啟動(dòng)力矩也有較大的改善；采用國(guó)產(chǎn)組態(tài)王軟件和PLC200相互配合組成了核心控制系統(tǒng)，在組態(tài)軟件上能直觀地看到各個(gè)電機(jī)的運(yùn)行坐標(biāo)，也可修改各項(xiàng)基本運(yùn)行參數(shù)，電氣精確度達(dá)到了1/800 cm；PLC選用西門子200系列224XP，使用專用的圓弧補(bǔ)差指令，可使切割圓弧邊緣更加自然，邊緣鋸齒現(xiàn)象基本觀察不到；防斷電自動(dòng)回零功能有效避免了因斷電造成的材料浪費(fèi)。

目前，該設(shè)備可加工煤炭洗選行業(yè)KZG、HMZG、KM、HMZGQ、XMZ、KMZS等各種型號(hào)板框壓濾機(jī)濾布和GPJ96、GPJ120、HBF120M2、HBF120/10等型號(hào)加壓過濾機(jī)濾布。以及滌綸PE除塵布袋、丙綸PP除塵布袋、易清灰、防水防油防靜電除塵布袋、覆膜除塵布袋、生活廢水處理濾料(纖維球)等多種規(guī)格的濾材。

3 結(jié) 語

1) 使用濾布激光自動(dòng)切割機(jī)后，人均濾布裁剪效率，提升約900%，因制作人員大量減少，單張濾布制作成本大幅降低。在5家洗煤廠應(yīng)用，每年節(jié)約人工費(fèi)和材料費(fèi)約100萬元。

2) 采用激光切割濾布，幾乎沒有煙霧，節(jié)能環(huán)保，濾布切割面平整度高，消除了裁剪邊緣鋸齒現(xiàn)象，合格率較人工裁剪提升了15%.

3) 因組態(tài)軟件和執(zhí)行程序都為自主設(shè)計(jì)、編譯，方便后期進(jìn)行系統(tǒng)升級(jí)和加裝后續(xù)功能；加裝了1套畫筆硬件和軟件，可使濾布切割后執(zhí)行定位操作，方便后續(xù)加工流程，防斷電自動(dòng)回零功能設(shè)計(jì)合理，有效避免了因斷電回零造成的浪費(fèi)。

4) 濾布激光自動(dòng)切割機(jī)應(yīng)用前景廣闊，可加工除了洗煤廠外不同行業(yè)不同應(yīng)用場(chǎng)景的多種規(guī)格的濾材。