胡 清，沈 兵，高申德，汪萌生

（1.海軍工程大學(xué) 電氣工程學(xué)院，武漢 湖北430000；2.湖州師范學(xué)院 工學(xué)院，浙江 湖州313000）

0 引 言

混砂機(jī)是將液態(tài)固化劑和液態(tài)樹脂與原砂連續(xù)混制造型或制芯用的樹脂自硬砂的一種設(shè)備.它在鑄造行業(yè)應(yīng)用非常廣泛，可與振實(shí)臺(tái)、翻轉(zhuǎn)機(jī)、輥道等輔助設(shè)備組成造型或制芯機(jī)械化流水線.

混砂機(jī)的工作性能對(duì)鑄造工件的質(zhì)量有決定性的影響.傳統(tǒng)繼電器控制只能分多步手動(dòng)操作，設(shè)備故障不斷，加上鑄造車間普遍存在工作環(huán)境惡劣、設(shè)備故障多、自動(dòng)化程度低的問題，影響工作效率和工件質(zhì)量［1］.

可編程控制器的應(yīng)用可以提高設(shè)備自動(dòng)化程度，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善工作環(huán)境.80年代末，我國(guó)引進(jìn)了美國(guó)WAF公司的10T混砂機(jī)，它具有混砂均勻、高性能、高效率等優(yōu)點(diǎn)，在生產(chǎn)中發(fā)揮著巨大的作用［2］.但是由于鑄造環(huán)境非常惡劣，經(jīng)過多年的運(yùn)行之后，部分電器元件老化、損壞，尤其是控制系統(tǒng)的核心可編程控制器，由于使用時(shí)間太長(zhǎng)經(jīng)常發(fā)生故障，導(dǎo)致整個(gè)設(shè)備不能正常工作，無法滿足生產(chǎn)需求.為此，本文使用的歐姆龍可編程控制器，對(duì)設(shè)備的控制系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，提高了生產(chǎn)效率，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益.

1 混砂機(jī)結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)原理

混砂機(jī)主要由高速混砂攪籠、底座、液料輸送系統(tǒng)、壓縮空氣管路系統(tǒng)、電器控制系統(tǒng)及定量加料系統(tǒng)等主要部分組成［3］.它的特點(diǎn)是由一級(jí)可自由回轉(zhuǎn)的攪籠組成，通過除砂斗和各級(jí)傳送機(jī)構(gòu)將再生砂輸送至混砂攪籠，同時(shí)加入樹脂和固化劑液料進(jìn)行攪混，高速混砂，最終輸出合格的自硬砂［4］.

機(jī)器結(jié)構(gòu)形式是固定式，一級(jí)回轉(zhuǎn)式見圖1.

2 控制系統(tǒng)的改進(jìn)設(shè)計(jì)方案

2.1 選型匹配

原混砂機(jī)控制系統(tǒng)選用的是美國(guó)AB系列SLC150型可編程序邏輯控制器，該型號(hào)PLC產(chǎn)品產(chǎn)于80年代，現(xiàn)已淘汰.于是決定選用目前市場(chǎng)上的歐姆龍或西門子系列產(chǎn)品，經(jīng)過比較最終采用性價(jià)比較高的歐姆龍CPM2AE型PLC.

深入研究美國(guó)原廠的全部圖紙資料，對(duì)原PLC程序梯形圖進(jìn)行分析，充分理解各種控制邏輯關(guān)系，在此基礎(chǔ)上編制出與原AB系列PLC對(duì)映的CPM2AE的I/O接口地址表，以確保不損失混砂機(jī)原有的功能，見表1.

表1 PLC輸入輸出端口分配表Table 1 The PLC allocation table of input and output ports

2.2 優(yōu) 化

（1）雖然CPM2AE自帶DC24V電源，可以直接用來接入輸入部分，如2B區(qū)所示.但考慮到鑄造環(huán)境的惡劣，接入輸入端的＋24V和000號(hào)兩根導(dǎo)線（見圖2A區(qū)）如果發(fā)生絕緣低或外皮破損導(dǎo)致兩線搭接等現(xiàn)象，PLC會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，導(dǎo)致控制系統(tǒng)無法工作.為避免這一現(xiàn)象的發(fā)生，設(shè)備改造時(shí)采用了如圖3A區(qū)的方法，PLC輸入端的公共端直接與開關(guān)量的另一端相連.

（2）因?yàn)檩敵龆丝谟脕砜刂齐姶砰y，為避免因通斷電磁閥時(shí)可能產(chǎn)生的大電流對(duì)PLC輸出點(diǎn)造成損壞，需要增加小型中間繼電器，再通過小型中間繼電器去控制電磁閥的通斷，此方法可有效地保護(hù)PLC的輸出點(diǎn).如圖3B區(qū)所示.

（3）輸出若用交流電源，繼電器線圈需要并聯(lián)浪涌吸收器；若用直流電源，就需要用續(xù)流二極管，這對(duì)保護(hù)PLC的輸出點(diǎn)很有好處.這次改造項(xiàng)目中使用的是交流220V，所以采用了繼電器線圈并聯(lián)浪涌吸收器的方式，見圖3B區(qū)所示.

（4）在有些控制回路設(shè)計(jì)中，表面看起來似乎很合理，實(shí)際上并不可靠.如將點(diǎn)動(dòng)按鈕、急停按鈕、過載保護(hù)觸點(diǎn)、互鎖觸點(diǎn)等作為PLC的輸入信號(hào)，但由于PLC是成批輸入、輸出的工作方式，當(dāng)上述按鈕或觸點(diǎn)動(dòng)作時(shí)，很有可能因反應(yīng)不及時(shí)造成事故.正確的方法是將點(diǎn)動(dòng)按鈕、急停按鈕直接控制執(zhí)行元件.將保護(hù)性的觸點(diǎn)接在PLC輸出回路與相應(yīng)的執(zhí)行元件串聯(lián).

2.3 編 程

原來的控制程序相對(duì)比較復(fù)雜，不便于掌握，甚至出現(xiàn)當(dāng)部分功能失常時(shí)，就繞過PLC直接改用繼電器法接線實(shí)現(xiàn)控制的現(xiàn)象.在采用新PLC進(jìn)行技術(shù)改造時(shí)，在原有梯形圖上進(jìn)行升級(jí)，調(diào)整、簡(jiǎn)化控制程序［5］.當(dāng)PLC的所有輸入輸出配線完畢時(shí)，恢復(fù)了設(shè)備缺失很久的功能；運(yùn)行條件安全開關(guān)閉合、送料筒內(nèi)的砂料處于非低位時(shí)，螺旋推進(jìn)器啟動(dòng)，啟動(dòng)混砂攪籠，延時(shí)（時(shí)間可調(diào)）打開下砂閘門，固化劑液料閥打開供料，延時(shí)樹脂液態(tài)料進(jìn)行供給，混砂開始.按停機(jī)按鈕，下砂閘門立刻關(guān)閉，送砂攪籠停機(jī)延時(shí)的時(shí)間可調(diào)，樹脂、固化劑供料停止，混砂結(jié)束.

充分利用PLC內(nèi)部時(shí)間繼電器的高精度確保原料定量的精確及混砂過程中最少的頭尾砂損失，使混砂機(jī)恢復(fù)了混砂均勻、高性能、高效率等優(yōu)點(diǎn).圖4為改造后的PLC梯形圖.

3 總 結(jié)

系統(tǒng)改造完成經(jīng)過試運(yùn)行后，效果非常明顯，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，混砂速度均勻，有效地保證了型砂、芯砂的質(zhì)量，提高了鑄件產(chǎn)品的質(zhì)量.另一方面，改造后的設(shè)備再次投入運(yùn)行后，創(chuàng)造了4年無一故障的良好佳績(jī)，并有如下體會(huì)：

（1）在有PLC設(shè)備的改造中，若原有的PLC系列已淘汰或市場(chǎng)上不易購買，就必須選擇一款其他系列來替代，替代時(shí)需要注意輸入輸出電源電壓以及I/O數(shù)量相近即可.在這次改造中，若選用一款輸入20點(diǎn)、輸出10點(diǎn)的PLC，在成本上會(huì)有更大的降低.

（2）不同品牌的PLC，它們的編程指令、編程軟件都不相同，但編程原理和方法都一致，而且編程語言都是梯形圖，所以只要稍加學(xué)習(xí)即可編出滿意的程序.

（3）由于PLC的使用環(huán)境惡劣，外圍抗干擾措施不利而使PLC控制系統(tǒng)的可靠性降低；一個(gè)完善的程序應(yīng)當(dāng)具備功能的完備性和運(yùn)行的可靠性.因此，合理編制PLC的應(yīng)用程序是提高控制系統(tǒng)可靠性的有力措施.

［1］陳堅(jiān).羅克韋爾小型PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用實(shí)例［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2010（3）：14－16.

［2］王建.歐姆龍PLC入門與典型應(yīng)用［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2012（6）：21－23.

［3］霍罡.歐姆龍PLC應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例精解［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2010.

［4］李朝陽.一種新型混砂機(jī)［J］.新技術(shù)新工藝，2002（11）：33.

［5］杜水根.PLC在混砂線上的應(yīng)用［J］.鑄造設(shè)備研究，1998（1）：9.