趙揚帆

摘 要： 為改造云南省某高壓電瓷廠絕緣子自動生產(chǎn)線，提高整條生產(chǎn)線的穩(wěn)定性和生產(chǎn)效率，需對原有制造工藝設(shè)備的電控系統(tǒng)進行改造。本設(shè)計采用了三菱FX2N系列的PLC來代替原來的單板機，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，實現(xiàn)了泥鍛機、熱壓機的單機自動化。本設(shè)計采用了PLC的步進順控指令及設(shè)計方法，實現(xiàn)了熱壓機自動回原位、液壓缸啟停、卸荷、緊停等功能；其中重點介紹了自動返回原位設(shè)計的方法和設(shè)計過程，解決了回原位中各部件的互鎖問題，完成了狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖和梯形圖，并編寫了相應程序。

關(guān)鍵詞：PLC ；懸式絕緣子 ；自動復位；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。該廠包含四條單機自動線，即泥鍛機自動生產(chǎn)線、熱壓機自動生產(chǎn)線、修坯機自動生產(chǎn)線和上釉機自動生產(chǎn)線。由于自動線控制的懸式絕緣子熱壓機所在的車間生產(chǎn)環(huán)境差，用電設(shè)備多，大電機啟停頻繁，造成電網(wǎng)電壓波動大，電磁干擾強，對原系統(tǒng)的單板機和霍爾元件的穩(wěn)定工作影響很大，且單板機控制系統(tǒng)元件多、線路復雜、穩(wěn)定性差且查找故障困難，這一系列因素導致生產(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，使操作更簡單和方便，對原設(shè)備電氣控制系統(tǒng)進行改造：通過抗干擾性更強的三菱FX2系列PLC代替易受干擾的單板機實現(xiàn)控制，采用接近開關(guān)代替霍爾元件，以克服上述問題，使系統(tǒng)工作更穩(wěn)定。

1 設(shè)計方案論證

1.1 可行性研究

本設(shè)計由供電系統(tǒng)的設(shè)計、控制面板的設(shè)計、程序初始化的設(shè)計、手動部分的設(shè)計、自動部分設(shè)計、自動回原位設(shè)計、緊停、報警、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、強磁場的車間環(huán)境下進行，針對原有控制系統(tǒng)穩(wěn)定性差和抗干擾能力弱的缺點，為提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和生產(chǎn)效率，采用PLC來組成設(shè)備的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)熱壓機的單機自動化。

通過工程師的講解、了解各單機生產(chǎn)的實際過程并對照實物圖片，確定其工藝過程，并畫出工藝流程圖。然后，由設(shè)備的電氣參數(shù)確定設(shè)備的接線及保護圖；繼而確定熱壓機的PLC輸入、輸出點，用接近開關(guān)或其他傳感器元件檢測各工件的原末位輸入到PLC上。將輸入、輸出點編號確定各輸入、輸出點在PLC上的接線問題，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、輸出點位圖畫出泥鍛機、熱壓機的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，再把它轉(zhuǎn)化成梯形圖編出各運行方式的PLC程序。我們在試驗室通過64位PLC和相關(guān)元器件進行模擬實驗，經(jīng)驗證方案可行。

1.2 計算部分

供電系統(tǒng)要可靠運行，必須正確地選擇系統(tǒng)中的所有元件，如電力變壓器、電動機、開關(guān)設(shè)備、保護裝置和導線等，除應滿足工作電壓和頻率的要求外，還要滿足負荷電流的要求，因此有必要對系統(tǒng)中各個環(huán)節(jié)的電力負荷進行計算。本設(shè)計中的計算及元件選擇均以工廠供電國家標準為依據(jù)進。

通過負荷的統(tǒng)計計算求出的供電系統(tǒng)中各元件的負荷值，稱為計算負荷。我國普遍采用的確定用電設(shè)備計算負荷的方法是需用系數(shù)法和二項式法。本設(shè)計采用需用系數(shù)法求計算負荷。通過負荷計算，再確定對電機、接觸器、空氣開關(guān)、熔斷器等電器的型號。

1.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計部分

本設(shè)計中以三菱FX系列PLC取代單板機為核心組成電氣控制系統(tǒng)來控制懸式絕緣子的生產(chǎn)過程，以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾能力，并實現(xiàn)熱壓機的單機自動化，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。熱壓機控制系統(tǒng)的設(shè)計主要包括強電部分設(shè)計、控制面板設(shè)計、程序初始化設(shè)計、手動部分設(shè)計、自動循環(huán)部分設(shè)計、單周期部分設(shè)計、自動回原位設(shè)計和緊停、報警、卸荷、自動停止幾個設(shè)計部分。

自動循環(huán)的設(shè)計采用功能表圖的基本圖形符號，即步、轉(zhuǎn)換、和有向連續(xù)。在功能標圖中，把一個循環(huán)過程分解成若干個清晰的連續(xù)的階鍛，然后由“轉(zhuǎn)換”分隔步與步之間的狀態(tài)，步之間的進展按有向連線規(guī)定的路線進行的，并且采用步進順控的編程語言。該部分需要繪制自動循環(huán)流程圖、狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖以及對應的步進梯形圖，再用步進順控指令編寫出狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖的程序語言。

1.4 自動回原位部分設(shè)計

自動回位設(shè)計具有重要的意義。當系統(tǒng)因停電、故障等原因非正常停機后，各個液壓缸不一定在原位，系統(tǒng)再啟動自動循環(huán)時，各動作部件必須全部返回原點，本過程就叫做自動回原位。自動回原位是系統(tǒng)再啟動的必備過程，是各個運行部分運行的先決條件。對系統(tǒng)的正常、安全運行起著至關(guān)重要的作用。自動回原位設(shè)計是建立在對工藝流程圖充分了解的基礎(chǔ)上進行的，關(guān)鍵是各個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 樣機試驗及測試情況

實驗情況及結(jié)果表明：整個模擬實驗過程比較順利，但由模擬方式不如真實器械那樣直觀，所以在觀察運行結(jié)果上，特別是對自動程序運行結(jié)果的觀察不方便，接線時沒有考慮到線數(shù)較多的問題，在調(diào)試過成中要反復的檢查接線的正確性，給試驗帶來一些不便。但整個實驗的結(jié)果基本達到預期的設(shè)計目的，驗證了設(shè)計過程的正確性與設(shè)計方法的可行性。

對于整個試驗，程序基本能實現(xiàn)控制的要求，自動循環(huán)、手動、緊停、報警、卸荷等功能均能實現(xiàn)。通過模擬試驗的檢驗，說明該設(shè)計方案基本是合理可行的。

3 結(jié)論

整個設(shè)計通過模擬試驗的檢驗，程序能夠?qū)崿F(xiàn)控制要求，如自動循環(huán)、手動、緊停、報警、卸荷等功能均能實現(xiàn)。說明該設(shè)計方案是合理可行的，只要按相關(guān)要求連接好各器件即可投入實際生產(chǎn)。本設(shè)計采用PLC控制熱壓機、泥鍛機的自動循環(huán)，經(jīng)過樣機試驗實現(xiàn)了手動操作和自動循環(huán)過程，達到了設(shè)計的要求。利用了PLC的可靠性高，抗干擾能力強、編程方便、功能強，維修方便等特點，系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試工作量少。

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