基于PLC的平板集熱器板芯試壓機(jī)電控設(shè)計

0 引言

平板集熱器是太陽能熱利用的主打產(chǎn)品之一，其板芯需承受一定的壓力，我團(tuán)隊在幾年前設(shè)計并實際投入使用了基于繼電器控制的平板集熱器半自動試壓機(jī)。相比于原來的手動試壓工裝，該試壓機(jī)表現(xiàn)出了多個明顯的優(yōu)點，如節(jié)約人力、降低勞動強(qiáng)度、提高產(chǎn)線產(chǎn)能。同時，該機(jī)還使操作員能夠較方便地調(diào)整壓力值、保壓時間等參數(shù)，這些參數(shù)見文獻(xiàn)[2-3]。

不過，隨著生產(chǎn)發(fā)展日趨自動化且生產(chǎn)信息要求即時可視化，該設(shè)計方案也逐漸暴露出一些問題和不足，比如參數(shù)的穩(wěn)定性不足，不能滿足車間更進(jìn)一步節(jié)約人力、降低成本的要求，無法實現(xiàn)參數(shù)、產(chǎn)量等數(shù)據(jù)的記錄和可視化。為此，本文介紹了基于PLC的全自動電動試壓機(jī)電控設(shè)計。

1現(xiàn)有工藝的問題及新的設(shè)計方向

1.1 現(xiàn)有試壓工藝簡述

現(xiàn)有試壓機(jī)操作工序如下：首先，該機(jī)處于初始狀態(tài)，氣、電、水等正常，人工將板芯放在試壓支架上。然后，按下啟動按鈕，氣缸下壓，上下密封墊壓住板芯集管。當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)定時間（該時間能確保密封墊壓住板芯集管）后，增壓泵啟動，水沿管路進(jìn)入板芯。到達(dá)設(shè)定時間（該時間能確保水流從出水口滿管流出）時，電動球閥啟動，緩慢關(guān)閉出水管路。球閥緩慢關(guān)閉的目的是消除水擊現(xiàn)象，關(guān)于水擊的問題可參見文獻(xiàn)[4]。然后增壓水泵繼續(xù)泵水，水壓上升，到達(dá)設(shè)定壓力時，壓力開關(guān)切斷增壓水泵電源，水泵停止增壓。管路中的單向閥保證管路中的水流不倒流。此時人工觀察板芯各處是否有滲漏，到達(dá)設(shè)定保壓時間后，電動球閥打開，水流沿出水口流出，水壓降低。泄壓后，氣缸上升，密封墊脫離集管，然后人工將板芯取出，按是否合格分別放入合格品區(qū)或不合格品區(qū)，其間板芯中的試壓水自然流出。

1.2 現(xiàn)有工藝存在的問題

根據(jù)以上所述工藝過程及生產(chǎn)中的實際應(yīng)用，現(xiàn)有工藝仍然存在以下問題：

1）采用常用的壓力開關(guān)，隨著工作時間的延長，由于水汽、銹蝕等問題，開關(guān)內(nèi)部的壓力彈簧等部件穩(wěn)定性不足，壓力設(shè)定無法做到準(zhǔn)確、穩(wěn)定、迅速。

2）采用繼電器設(shè)計，雖然成本低廉，但系統(tǒng)的可視化不好，不能實時反映和記錄在產(chǎn)的產(chǎn)品種類、壓力值、極限值及已產(chǎn)數(shù)量等參數(shù)。

3）該機(jī)為半自動試壓機(jī)，仍然需要人工取放料，人工觀察是否有滲漏，生產(chǎn)效率和質(zhì)量控制仍有進(jìn)一步提升的空間。

1.3 設(shè)計方向

基于上述問題分析，擬改善方向有以下幾點：

1）將原來設(shè)備的機(jī)械式壓力開關(guān)更換為可采集電信號的壓力變送器，根據(jù)文獻(xiàn)[2-3]的要求以及文獻(xiàn)[4]的計算，試驗壓力設(shè)定為 ，選用軒勝中科量程 的PCM300壓力變送器，輸出 0

2）將原來的純繼電器控制改為PLC 人機(jī)界面，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化及實時采集和存儲，且車間觀感檔次也有明顯提升。

3）上下料動作引入機(jī)器人，代替人工上下料；同時，用設(shè)定的保壓時間和期間的壓力降低值來判斷是否有滲漏，徹底實現(xiàn)無人化操作。本機(jī)與機(jī)器人之間采用開關(guān)量握手，確保信息簡單可靠、通用性強(qiáng)。

2 IO點分析及元件選型

根據(jù)已有試壓機(jī)現(xiàn)狀，PLC輸入側(cè)有啟動按鈕、手自動轉(zhuǎn)換開關(guān)、急停開關(guān)、產(chǎn)品有無檢測、氣缸上下位置、機(jī)器人送料信號和放料完成信號等，輸出側(cè)有氣缸五通閥、電動球閥、進(jìn)水電磁閥、電動排污閥、增壓水泵、充許機(jī)器人送料信號和充許機(jī)器人取料信號等。具體IO表如表1所示。

根據(jù)上述技術(shù)分析和IO點數(shù)，擬選用松下AFP-XHC30TD的PLC控制單元和AFPX-AD2模擬量插件，人機(jī)界面選用威綸通的TK6072IP。光電開關(guān)選用滬工E3F-DS30C3，磁性開關(guān)為亞德客DMSG-020。

3 電路設(shè)計

電路設(shè)計是電控設(shè)計的主要工作，包括一次線路、二次線路及PLC、繼電器的接線圖等，是整機(jī)邏輯控制的物理基礎(chǔ)。

3.1 一次線路圖

一次線路為動力電路，根據(jù)設(shè)備功能，設(shè)計一次線路圖如圖1所示，增壓水泵電機(jī)為單相交流電機(jī)，負(fù)載開關(guān)用于設(shè)備電源的手動開關(guān)，開關(guān)電源為明緯LRS-240-24。

3.2 二次線路圖

二次線路為控制電路，包括人機(jī)界面、PLC、繼電器和傳感器等，由上述明緯LRS-240-24的開關(guān)電源供電。為安全起見，通風(fēng)用的排風(fēng)扇選用24V風(fēng)扇，因此也設(shè)計在此電路上，如圖2所示。

3.3 PLC接線圖

PLC是整個設(shè)備控制的核心，根據(jù)上述信息，本機(jī)PLC選用的是松下AFPXHC30TD控制單元，搭配AFPX-AD2模擬量插件?？刂茊卧€路圖如圖3所示。X側(cè)是輸入側(cè)，輸入各個開關(guān)、傳感器等的信號。Y側(cè)是輸出側(cè)，用于控制各繼電器，并通過各繼電器來控制各氣缸、增壓水泵、電動球閥等執(zhí)行部件。模擬量插件線路圖如圖4所示，壓力變送器接在CH0上。

3.4 繼電器接線圖

PLC的輸出端經(jīng)繼電器組控制各氣缸、閥、接觸器和三色燈等，起到隔離作用，繼電器組線路圖如圖5所示。根據(jù)文獻(xiàn)[4-5]，為減輕或消除水擊，電動球閥的開關(guān)動作需緩慢進(jìn)行。

4結(jié)束語

PLC及人機(jī)界面程序設(shè)計是本機(jī)設(shè)計另一重要內(nèi)容，由于篇幅所限，后續(xù)另文介紹。本試壓機(jī)經(jīng)過此次升級改造，至今已穩(wěn)定運行12個月，試壓壓力的穩(wěn)定性、一致性明顯提高，且系統(tǒng)數(shù)據(jù)的可視化滿足了車間現(xiàn)場管理要求，同時車間的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品品質(zhì)得到進(jìn)一步提升。根據(jù)同樣的控制邏輯，可將陽臺型平板集熱器板芯自動試壓機(jī)5做同樣的設(shè)計改善。

[參考文獻(xiàn)]

[1]李振鋒，唐文學(xué)，鮑業(yè)喜.工程型平板集熱器板芯自動試壓機(jī)的設(shè)計與應(yīng)用[J].機(jī)電信息，2014（36）：141-142.

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[3]平板型太陽能集熱器：GB/T6424—2007[S].

[4]李振鋒，唐文學(xué)，鮑業(yè)喜.平板集熱器板芯自動試壓機(jī)中的水擊問題分析及對策[J].機(jī)電信息，2015（9）：70-71.

[5]李振鋒，閆偉.陽臺型平板集熱器板芯自動試壓機(jī)的設(shè)計與應(yīng)用[J].廣東科技，2015，24（12）：37-39.

收稿日期：2024-12-26

作者簡介：閆偉（1977一），女，山東德州人，工程師，研究方向：機(jī)電一體化。