趙揚(yáng)帆

（云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，昆明 650203）

熱壓機(jī)自動(dòng)復(fù)位控制的設(shè)計(jì)

趙揚(yáng)帆

（云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，昆明 650203）

為改造云南省某高壓電瓷廠絕緣子自動(dòng)生產(chǎn)線，提高整條生產(chǎn)線的穩(wěn)定性和生產(chǎn)效率，需對(duì)原有制造工藝設(shè)備的電控系統(tǒng)進(jìn)行改造。本設(shè)計(jì)采用了三菱FX2N系列的PLC來(lái)代替原來(lái)的單板機(jī)，用接近開關(guān)代替霍爾元件，從而提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾能力，實(shí)現(xiàn)了泥鍛機(jī)、熱壓機(jī)的單機(jī)自動(dòng)化。本設(shè)計(jì)采用了PLC的步進(jìn)順控指令及設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)了熱壓機(jī)自動(dòng)回原位、液壓缸啟停、卸荷、緊停等功能；其中重點(diǎn)介紹了自動(dòng)返回原位設(shè)計(jì)的方法和設(shè)計(jì)過(guò)程，解決了回原位中各部件的互鎖問(wèn)題，完成了狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖和梯形圖，并編寫了相應(yīng)程序。

PLC；懸式絕緣子；自動(dòng)復(fù)位；卸荷；緊停

0 前言

云南省某高壓電瓷廠是以生產(chǎn)高低壓絕緣子和高壓電器為主。該廠包含四條單機(jī)自動(dòng)線，即泥鍛機(jī)自動(dòng)生產(chǎn)線、熱壓機(jī)自動(dòng)生產(chǎn)線、修坯機(jī)自動(dòng)生產(chǎn)線和上釉機(jī)自動(dòng)生產(chǎn)線。由于自動(dòng)線控制的懸式絕緣子熱壓機(jī)所在的車間生產(chǎn)環(huán)境差，用電設(shè)備多，大電機(jī)啟停頻繁，造成電網(wǎng)電壓波動(dòng)大，電磁干擾強(qiáng)，對(duì)原系統(tǒng)的單板機(jī)和霍爾元件的穩(wěn)定工作影響很大，且單板機(jī)控制系統(tǒng)元件多、線路復(fù)雜、穩(wěn)定性差且查找故障困難，這一系列因素導(dǎo)致生產(chǎn)設(shè)備不穩(wěn)定，生產(chǎn)效率低。為了提高控制系統(tǒng)的抗干擾性和穩(wěn)定性，使操作更簡(jiǎn)單和方便，對(duì)原設(shè)備電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行改造：通過(guò)抗干擾性更強(qiáng)的三菱FX2系列PLC代替易受干擾的單板機(jī)實(shí)現(xiàn)控制，采用接近開關(guān)代替霍爾元件，以克服上述問(wèn)題，使系統(tǒng)工作更穩(wěn)定。

1 設(shè)計(jì)方案論證

1.1 可行性研究

本設(shè)計(jì)由供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、控制面板的設(shè)計(jì)、程序初始化的設(shè)計(jì)、手動(dòng)部分的設(shè)計(jì)、自動(dòng)部分設(shè)計(jì)、自動(dòng)回原位設(shè)計(jì)、緊停、報(bào)警、卸荷和操作規(guī)程組成。高壓電瓷懸式絕緣子的生產(chǎn)要在高濕、高溫、強(qiáng)磁場(chǎng)的車間環(huán)境下進(jìn)行，針對(duì)原有控制系統(tǒng)穩(wěn)定性差和抗干擾能力弱的缺點(diǎn)，為提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和生產(chǎn)效率，采用PLC來(lái)組成設(shè)備的控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)熱壓機(jī)的單機(jī)自動(dòng)化。

通過(guò)工程師的講解、了解各單機(jī)生產(chǎn)的實(shí)際過(guò)程并對(duì)照實(shí)物圖片，確定其工藝過(guò)程，并畫出工藝流程圖。然后，由設(shè)備的電氣參數(shù)確定設(shè)備的接線及保護(hù)圖；繼而確定熱壓機(jī)的PLC輸入、輸出點(diǎn)，用接近開關(guān)或其他傳感器元件檢測(cè)各工件的原末位輸入到PLC上。將輸入、輸出點(diǎn)編號(hào)確定各輸入、輸出點(diǎn)在PLC上的接線問(wèn)題，并考慮控制面板上按鈕和燈的在PLC上的連接。由工藝流程圖和PLC的輸入、輸出點(diǎn)位圖畫出泥鍛機(jī)、熱壓機(jī)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，再把它轉(zhuǎn)化成梯形圖編出各運(yùn)行方式的PLC程序。我們?cè)谠囼?yàn)室通過(guò)64位PLC和相關(guān)元器件進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，經(jīng)驗(yàn)證方案可行。

1.2 計(jì)算部分

供電系統(tǒng)要可靠運(yùn)行，必須正確地選擇系統(tǒng)中的所有元件，如電力變壓器、電動(dòng)機(jī)、開關(guān)設(shè)備、保護(hù)裝置和導(dǎo)線等，除應(yīng)滿足工作電壓和頻率的要求外，還要滿足負(fù)荷電流的要求，因此有必要對(duì)系統(tǒng)中各個(gè)環(huán)節(jié)的電力負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算。本設(shè)計(jì)中的計(jì)算及元件選擇均以工廠供電國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)進(jìn)。

通過(guò)負(fù)荷的統(tǒng)計(jì)計(jì)算求出的供電系統(tǒng)中各元件的負(fù)荷值，稱為計(jì)算負(fù)荷。我國(guó)普遍采用的確定用電設(shè)備計(jì)算負(fù)荷的方法是需用系數(shù)法和二項(xiàng)式法。本設(shè)計(jì)采用需用系數(shù)法求計(jì)算負(fù)荷。通過(guò)負(fù)荷計(jì)算，再確定對(duì)電機(jī)、接觸器、空氣開關(guān)、熔斷器等電器的型號(hào)。

1.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)部分

本設(shè)計(jì)中以三菱FX系列PLC取代單板機(jī)為核心組成電氣控制系統(tǒng)來(lái)控制懸式絕緣子的生產(chǎn)過(guò)程，以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾能力，并實(shí)現(xiàn)熱壓機(jī)的單機(jī)自動(dòng)化，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。熱壓機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括強(qiáng)電部分設(shè)計(jì)、控制面板設(shè)計(jì)、程序初始化設(shè)計(jì)、手動(dòng)部分設(shè)計(jì)、自動(dòng)循環(huán)部分設(shè)計(jì)、單周期部分設(shè)計(jì)、自動(dòng)回原位設(shè)計(jì)和緊停、報(bào)警、卸荷、自動(dòng)停止幾個(gè)設(shè)計(jì)部分。

自動(dòng)循環(huán)的設(shè)計(jì)采用功能表圖的基本圖形符號(hào)，即步、轉(zhuǎn)換、和有向連續(xù)。在功能標(biāo)圖中，把一個(gè)循環(huán)過(guò)程分解成若干個(gè)清晰的連續(xù)的階鍛，然后由“轉(zhuǎn)換”分隔步與步之間的狀態(tài)，步之間的進(jìn)展按有向連線規(guī)定的路線進(jìn)行的，并且采用步進(jìn)順控的編程語(yǔ)言。該部分需要繪制自動(dòng)循環(huán)流程圖、狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖以及對(duì)應(yīng)的步進(jìn)梯形圖，再用步進(jìn)順控指令編寫出狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖的程序語(yǔ)言。

1.4 自動(dòng)回原位部分設(shè)計(jì)

自動(dòng)回位設(shè)計(jì)具有重要的意義。當(dāng)系統(tǒng)因停電、故障等原因非正常停機(jī)后，各個(gè)液壓缸不一定在原位，系統(tǒng)再啟動(dòng)自動(dòng)循環(huán)時(shí)，各動(dòng)作部件必須全部返回原點(diǎn)，本過(guò)程就叫做自動(dòng)回原位。自動(dòng)回原位是系統(tǒng)再啟動(dòng)的必備過(guò)程，是各個(gè)運(yùn)行部分運(yùn)行的先決條件。對(duì)系統(tǒng)的正常、安全運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。自動(dòng)回原位設(shè)計(jì)是建立在對(duì)工藝流程圖充分了解的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，關(guān)鍵是各個(gè)元器件必須按一定的順序依次回到原位，遵行互鎖原則，各元器件間不能相互沖突。

2 樣機(jī)試驗(yàn)及測(cè)試情況

實(shí)驗(yàn)情況及結(jié)果表明：整個(gè)模擬實(shí)驗(yàn)過(guò)程比較順利，但由模擬方式不如真實(shí)器械那樣直觀，所以在觀察運(yùn)行結(jié)果上，特別是對(duì)自動(dòng)程序運(yùn)行結(jié)果的觀察不方便，接線時(shí)沒(méi)有考慮到線數(shù)較多的問(wèn)題，在調(diào)試過(guò)成中要反復(fù)的檢查接線的正確性，給試驗(yàn)帶來(lái)一些不便。但整個(gè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果基本達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)目的，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)過(guò)程的正確性與設(shè)計(jì)方法的可行性。

對(duì)于整個(gè)試驗(yàn)，程序基本能實(shí)現(xiàn)控制的要求，自動(dòng)循環(huán)、手動(dòng)、緊停、報(bào)警、卸荷等功能均能實(shí)現(xiàn)。通過(guò)模擬試驗(yàn)的檢驗(yàn)，說(shuō)明該設(shè)計(jì)方案基本是合理可行的。

3 結(jié)論

整個(gè)設(shè)計(jì)通過(guò)模擬試驗(yàn)的檢驗(yàn)，程序能夠?qū)崿F(xiàn)控制要求，如自動(dòng)循環(huán)、手動(dòng)、緊停、報(bào)警、卸荷等功能均能實(shí)現(xiàn)。說(shuō)明該設(shè)計(jì)方案是合理可行的，只要按相關(guān)要求連接好各器件即可投入實(shí)際生產(chǎn)。本設(shè)計(jì)采用PLC控制熱壓機(jī)、泥鍛機(jī)的自動(dòng)循環(huán)，經(jīng)過(guò)樣機(jī)試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了手動(dòng)操作和自動(dòng)循環(huán)過(guò)程，達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求。利用了PLC的可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)、編程方便、功能強(qiáng)，維修方便等特點(diǎn)，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量少。

[1]張福學(xué).實(shí)用傳感器手冊(cè)[M].電子工業(yè)出版社，1990（03）.

[2]黃仁欣，馬彪等.單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù)[M].清華大學(xué)出版社，2005.

[3]張長(zhǎng)能，張興毅.可編程序控制器（PC）基礎(chǔ)及應(yīng)用[M].重慶：重慶大學(xué)出版社，1992.

[4]劉光起.PLC技術(shù)及應(yīng)用[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2007（10）.