王海成

我公司的一條鍍鋅生產(chǎn)線通過(guò)人工點(diǎn)動(dòng)控制槽邊行走龍門起重機(jī)，操作人員要跟著槽邊行走龍門起重機(jī)走，生產(chǎn)效率低，電鍍工藝時(shí)間難以把握。用可編程序控制器（PLC）改造為半自動(dòng)生產(chǎn)線控制運(yùn)行后，生產(chǎn)效率大大提高，人為操作因素減少，在一定程度上提高了工件的鍍鋅質(zhì)量。

一、鍍鋅生產(chǎn)線原狀

直線式鍍鋅生產(chǎn)線采用槽邊行走龍門起重機(jī)來(lái)回吊運(yùn)（每根極杠可懸掛兩只掛具）掛鍍零件。掛鍍用的槽子平行布置成一條直線，槽邊行走龍門起重機(jī)沿著軌道作直線運(yùn)動(dòng)，利用槽邊行走龍門起重機(jī)的升降吊臂來(lái)吊運(yùn)工件，生產(chǎn)線按工藝流程（見(jiàn)圖1）完成鍍鋅。

1.鍍鋅生產(chǎn)線專用設(shè)備

（1）生產(chǎn)線長(zhǎng)18.5m，兩導(dǎo)軌跨度24m。

（2）槽邊行走龍門起重機(jī)：臥式異步電動(dòng)機(jī)兩臺(tái)（1.5kW、380V）；兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)都配置蝸桿減速機(jī)，速比1:40。

（3）槽邊行走龍門起重機(jī)水平運(yùn)行采用集中驅(qū)動(dòng)，即用一臺(tái)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)長(zhǎng)傳動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)兩邊的主動(dòng)車輪，保證起重機(jī)運(yùn)行和制動(dòng)同步、平穩(wěn)、準(zhǔn)確。

（4）鍍鋅生產(chǎn)線配置晶閘管整流器3臺(tái)（其中2臺(tái)1200A/20V、1臺(tái)1500A/20V），采用單槽單機(jī)電源供電方式。整流器室外獨(dú)立安放，設(shè)置室內(nèi)遠(yuǎn)程控制箱，控制箱設(shè)電源指示，電壓、電流指示及調(diào)節(jié)電位器，起動(dòng)和停止按鈕。

（5）槽邊行走龍門起重機(jī)按提升質(zhì)量150kg設(shè)計(jì)。

2.管路及輔助系統(tǒng)

（1）鍍鋅生產(chǎn)線的水路分為兩部分，清水槽進(jìn)水管路（φ25mmPVC管路及配件）、污水排放為槽體自溢。所有進(jìn)水閥門按照規(guī)范布置，安裝在操作人正面一側(cè)。

（2）人行踏步平臺(tái)為角鐵焊接框架（45mm×45mm），上面鋪設(shè)木板。

圖1

（3）弱蝕、鍍槽、鈍化槽分別采用側(cè)式抽風(fēng)裝置。

二、PLC控制系統(tǒng)

1.總體改造思路

（1）進(jìn)料工作區(qū)：槽邊行走龍門起重機(jī)處于初始狀態(tài)時(shí)，在生產(chǎn)線原位限位位置，升降吊臂在下限位位置，由人工對(duì)工件進(jìn)行掛裝。

（2）槽邊行走龍門起重機(jī)自左向右依次在其中4個(gè)掛鍍槽位（弱腐蝕、溶液鍍槽、出光、鈍化）停留不同的工藝時(shí)間。停留時(shí)間由操作工根據(jù)加工工藝自行設(shè)置時(shí)間繼電器參數(shù)（清水槽為一次性上下清洗，不停留）。

（3）為了適應(yīng)槽邊行走龍門起重機(jī)控制系統(tǒng)的操作、檢修和調(diào)試的需要，整個(gè)過(guò)程除裝卸工件需手工操作外，其余的整個(gè)環(huán)節(jié)都可自動(dòng)完成。手動(dòng)操作時(shí)，生產(chǎn)線所有的操作完全由手動(dòng)完成，任何設(shè)備不會(huì)自動(dòng)運(yùn)行。

（4）鍍鋅生產(chǎn)線共有11個(gè)槽子，當(dāng)進(jìn)料區(qū)掛裝工件后，按起動(dòng)按鈕，龍門起重機(jī)帶動(dòng)掛具自左向右自動(dòng)逐段運(yùn)行，完成工藝規(guī)定的鍍鋅程序，直到生產(chǎn)線的終端。電鈴提示操作工從掛具取下工件，按下回車按鈕，槽邊行走龍門起重機(jī)回到初始位置等待下一次的起動(dòng)命令。

（5）操作控制面板上設(shè)上料區(qū)、下料區(qū)及電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)前進(jìn)運(yùn)行時(shí)的指示燈，以保證操作工隨時(shí)了解槽邊行走起重機(jī)的運(yùn)行狀況?？刂葡潴w如圖2所示。

2.動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)備及控制系統(tǒng)

（1）主電路采用380V三相交流電源為電路供電，三相電源沿著平行于軌道方向鋪設(shè)在車間廠房一側(cè)的滑線上，隨槽邊起重機(jī)移動(dòng)；根據(jù)電鍍生產(chǎn)線的工藝要求，需用兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)分別控制吊臂的上升、下降，以及起重機(jī)的前進(jìn)、后退。接觸器KM1、KM2控制電動(dòng)機(jī)M1的正反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)吊臂的上升和下降，接觸器KM3、KM4控制電動(dòng)機(jī)M2的正反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)起重機(jī)的前進(jìn)和后退。

（2）升降電動(dòng)機(jī)和行走電動(dòng)機(jī)采用熱繼電器實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)。

（3）主回路選用斷路器保護(hù)，控制回路以及PLC控制回路采用熔斷器實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)。

（4）龍門起重機(jī)的上升、下降、前進(jìn)、后退動(dòng)作由電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制，正反轉(zhuǎn)之間具有互鎖的功能，為了避免過(guò)多地使用接觸器，互鎖裝置由PLC內(nèi)部的程序指令完成，用DC24V中間繼電器進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理。

（5）鍍鋅生產(chǎn)線環(huán)境惡劣，濕度大，漏電頻繁。電鈴、指示燈、接近開(kāi)關(guān)等全部采用DC24V電源，因此，電路中配備了一臺(tái)220V/DC24V直流電源向該電路提供24V直流電源。

（6）為避免槽邊行走起重機(jī)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)故障而造成人員傷亡及財(cái)產(chǎn)損失，在上料區(qū)和下料區(qū)設(shè)置兩處緊急停車按鈕。

3.控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

（1）可編程序控制器的特點(diǎn) PLC外部采用密封、防塵、抗振的外殼封裝機(jī)構(gòu)，以適應(yīng)鍍鋅惡劣的工作環(huán)境；PLC的接線方便，只需將按鈕、開(kāi)關(guān)等的輸入信號(hào)與PLC的輸入端子連接，將被控制的接觸器等與PLC的輸出端子連接，方便故障排除；PLC的輸入、輸出接口電路采用光電耦合管來(lái)傳輸信號(hào)，這種光電隔離設(shè)施使外部電路與PLC內(nèi)部之間完全避免了電的聯(lián)系，有效地抑制了外部干擾源對(duì)PLC的影響，還可防止外部強(qiáng)電串入內(nèi)部CPU，運(yùn)行穩(wěn)定。

圖2 龍門起重機(jī)電器箱體示意

（2）根據(jù)工藝要求選擇PLC的機(jī)型和分配I/O接口 三菱FX系列PLC由基本單元、擴(kuò)展單元、擴(kuò)展模塊及特殊功能單元組成。根據(jù)鍍鋅生產(chǎn)線龍門起重機(jī)的控制要求，其輸入/輸出及控制信號(hào)共有44個(gè)，其輸入信號(hào)29個(gè)，輸出信號(hào)15個(gè)。輸入模塊電壓為DC24V，輸出模塊為繼電器型。根據(jù)I/O信號(hào)的數(shù)量、類型及控制要求，決定選用三菱的FX2N-64MR系列PLC來(lái)滿足控制要求。實(shí)際使用時(shí)，系統(tǒng)的輸入為開(kāi)關(guān)控制量，加上10%～15%的余量。如需增加一些槽位，可再配FX系列的拓展單元，以滿足更多的輸入輸出點(diǎn)。

（3）控制系統(tǒng)的PLC輸入/輸出元件接線圖 具體見(jiàn)圖3。

圖3 可編程控制器

（4）工作原理 下面以鍍鋅生產(chǎn)線的凸輪軸加工工序?yàn)槔?，其工作原理如下：按下起?dòng)按鈕SB5，X005閉合，狀態(tài)M1被置位，Y001通電，KA1工作，吊臂提起工件，開(kāi)始上升，當(dāng)碰到上行限位開(kāi)關(guān)SQSX時(shí)停止，X010接通，M1復(fù)位，吊臂停止上升，同時(shí)狀態(tài)M2被置位，Y005通電，KA3工作，起重機(jī)開(kāi)始向下一道工序前行。當(dāng)起重機(jī)前行感應(yīng)到第一道水槽限位開(kāi)關(guān)SQ1時(shí)，X013動(dòng)作，M2復(fù)位，起重機(jī)停止前行，同時(shí)狀態(tài)M3被置位，Y003通電，KA2工作，吊臂在鍍槽的上方開(kāi)始下降。當(dāng)?shù)醣巯陆抵料孪尬婚_(kāi)關(guān)SQXX時(shí)，X011動(dòng)作，吊鉤下降停止，工件浸入清水槽中。同時(shí)置位M1，Y001通電，KA1工作，吊臂提起工件，開(kāi)始上升，當(dāng)碰到上限位開(kāi)關(guān)SQSX時(shí)停止，X010接通，狀態(tài)M2被置位，Y005通電，KM3工作，起重機(jī)繼續(xù)向下一道工序前行，向右感應(yīng)到弱腐蝕槽工位限位SQ2時(shí)，X14動(dòng)作，同時(shí)狀態(tài)M3被置位，Y003通電，KA2工作，起重機(jī)停止前行，并且下降。當(dāng)?shù)蹉^下降至下限位開(kāi)關(guān)SQXX時(shí)，凸輪軸浸入溶液，X011接通，Y011通電工作，二工位計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)停留10s后吊鉤開(kāi)始上升，當(dāng)碰到上行限位開(kāi)關(guān)SQSX時(shí)停止，X010接通，同時(shí)置位M2。繼續(xù)前進(jìn)自動(dòng)逐段加工，運(yùn)行至終點(diǎn)。

（5）主要元器件目錄 具體見(jiàn)表1。

（6）升級(jí)改造前后的效果對(duì)比見(jiàn)表2。

表1

表2

三、結(jié)語(yǔ)

采用可編程序控制器（PLC）對(duì)直線式掛鍍鋅生產(chǎn)線進(jìn)行全面升級(jí)，生產(chǎn)效率明顯提高，而且完全保證了工件的加工質(zhì)量。后期生產(chǎn)線的穩(wěn)定運(yùn)行，表明PLC在直線式鍍鋅生產(chǎn)線的技術(shù)升級(jí)控制過(guò)程取得圓滿成功。