薛靜靜，秦東興

XUE Jing-jing1 , QIN Dong-xing2

（1.成都信息工程大學(xué) 電子工程學(xué)院，成都 610225；2.成都信息工程大學(xué) 控制工程學(xué)院，成都 610225）

0 引言

由于釩氮燒結(jié)礦生產(chǎn)過程中處于的特殊生產(chǎn)環(huán)境，即高爐在燒結(jié)過程中，溫度有上千度，室內(nèi)工作溫度在夏季經(jīng)常會(huì)達(dá)到40℃左右，比一般企業(yè)惡劣的多。在如此環(huán)境之下，從業(yè)人員在燒結(jié)礦的生產(chǎn)線上，常年經(jīng)受著高溫酷熱，而且由于燒結(jié)礦傾倒與制作過程中粉塵嚴(yán)重，對(duì)身體會(huì)造成極大的傷害，為此，設(shè)計(jì)了此設(shè)備。裝置安放在工廠內(nèi)部，工人只需要按動(dòng)電器開關(guān)上電，再通過觸摸屏控制機(jī)械機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，避免了通過人力去翻動(dòng)、傾倒燒結(jié)礦。

本文中，使用可編程控制器（PLC，Programmable Logic Controller），它實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，在工業(yè)中應(yīng)用廣泛。PLC的結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同，并且，PLC具有鮮明、獨(dú)特的特點(diǎn)，如使用方便，編程簡單；功能強(qiáng)大，性價(jià)比相對(duì)較高。文章中使用了臺(tái)達(dá)PLC，PLC選型為DVP48EH00T3，I/O各有24個(gè)，通過編輯梯形圖控制電機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作。

1 自動(dòng)打散、卸料設(shè)備設(shè)計(jì)目標(biāo)與工作原理

1.1 打散、卸料設(shè)備要完成的預(yù)定目標(biāo)

裝置的控制系統(tǒng)應(yīng)用用于公司或企業(yè)的燒結(jié)礦流水線的卸料部分，可提高生產(chǎn)線的自動(dòng)化程度，節(jié)約勞動(dòng)力。特殊的環(huán)境下，所需的卸料設(shè)備的設(shè)計(jì)需要充分了解使用所處的環(huán)境，即溫度、工作環(huán)境，并且需要采用實(shí)際有效的密封方法和耐高溫的電氣設(shè)備，保證設(shè)備在惡劣的環(huán)境中能夠正常運(yùn)行；其次要考慮燒結(jié)的工藝，使用打散機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)燒結(jié)塊在石墨坩堝內(nèi)的打散動(dòng)作，保證燒結(jié)礦能順利落下。設(shè)備的運(yùn)行過程由兩個(gè)部分構(gòu)成，一是把坩堝內(nèi)燒結(jié)好的燒結(jié)礦與石墨坩堝間抖松，二是把抖松后的坩堝，通過機(jī)械機(jī)構(gòu)自動(dòng)夾持到料斗區(qū)倒入料斗中，然后將石墨坩堝放回原來得位置。

1.2 自動(dòng)打散、卸料設(shè)備的工作原理

一個(gè)動(dòng)作周期的工作過程為：系統(tǒng)需要接收爐控PLC發(fā)出的來料信號(hào)，然后打散裝置下行到打散位置，打散氣缸執(zhí)行打散，打散后回歸打散原點(diǎn)。等待外圍傳送裝置及傳送帶把坩堝運(yùn)送到夾持位置，爐控PLC發(fā)出執(zhí)行夾料命令，夾料裝置自動(dòng)夾持到料斗區(qū)倒掉里面的燒結(jié)礦，然后回歸原位，最后反饋一個(gè)信號(hào)給爐控PLC。

2 臺(tái)達(dá)PLC構(gòu)建的機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)

2.1 硬件設(shè)計(jì)

自動(dòng)卸料裝置系統(tǒng)的硬件的上位機(jī)為觸摸屏，下位機(jī)為臺(tái)達(dá)的PLC，臺(tái)達(dá)的PLC可控制設(shè)備進(jìn)行一系列的動(dòng)作，通過與上位機(jī)的通信，來執(zhí)行相應(yīng)的操作，方便工作人員控制，也可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離操作，避免了在卸料工程中出現(xiàn)的粉塵對(duì)人身體造成的傷害。如圖1所示，PLC的I/O接口連接到了需要控制的硬件部分。

觸摸屏選用了臺(tái)達(dá)的DOP-B07S411，圖2為設(shè)計(jì)的觸摸屏的界面圖。觸摸屏界面主要設(shè)計(jì)了手動(dòng)模式和自動(dòng)模式，以及對(duì)設(shè)備的動(dòng)作所進(jìn)行的操作與復(fù)位功能，操作簡單方便。

圖1 系統(tǒng)硬件圖

表1 機(jī)構(gòu)器件的選型列表

2.2 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的軟件是在WPLSoft軟件中，編寫程序完成設(shè)計(jì)的。編程采用了直觀的梯形圖來完成，方便修改程序，簡化操作。

2.2.1 I/O口的定義

PLC的I/O點(diǎn)如下：

輸入點(diǎn)：4個(gè)直線運(yùn)動(dòng)模組，極限位置的限位開關(guān)8個(gè)；Z方向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，夾持位置和倒料位置共4個(gè)，2個(gè)到位開關(guān)；生產(chǎn)線上坩堝到打散位置檢測：2個(gè)到位開關(guān)。

輸出點(diǎn)：6個(gè)電磁閥，6個(gè)輸出；計(jì)數(shù)報(bào)警輸出：2個(gè)；4個(gè)步進(jìn)電機(jī)，脈沖和方向，共8個(gè)輸出點(diǎn)。

圖2 手動(dòng)模式與自動(dòng)模式的界面圖

2.2.2 控制程序的設(shè)計(jì)

設(shè)備的控制程序分為手動(dòng)模式和自動(dòng)模式，通過觸摸屏進(jìn)行設(shè)備的運(yùn)行操作。

在手動(dòng)模式中，各運(yùn)動(dòng)裝置與翻轉(zhuǎn)裝置采用點(diǎn)動(dòng)方式，打散氣缸和夾緊氣缸為交替按鈕，按下時(shí)會(huì)保持，再按一次會(huì)關(guān)閉。每個(gè)運(yùn)動(dòng)裝置和翻轉(zhuǎn)裝置可以自動(dòng)復(fù)位。自動(dòng)模式下，各運(yùn)動(dòng)裝置無法進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)。當(dāng)切換到自動(dòng)模式后，如果初始狀態(tài)各軸機(jī)構(gòu)沒有在原點(diǎn)狀態(tài)，按下電控箱上的復(fù)位按鈕，各軸會(huì)自動(dòng)回原點(diǎn)，然后按一下啟動(dòng)按鈕，程序啟動(dòng)，自動(dòng)進(jìn)行運(yùn)行。

1）打散動(dòng)作的控制

由傳感器檢測下個(gè)坩堝到位，Z2軸將打散機(jī)構(gòu)下降到移動(dòng)位置，然后由PLC通過控制電磁閥，控制氣缸讓打散機(jī)構(gòu)將燒結(jié)塊打散。

2）抓取和翻轉(zhuǎn)動(dòng)作的控制過程

由傳感器檢測到被打散后的坩堝到位，Z1軸帶動(dòng)Y軸和夾持機(jī)構(gòu)下降到指定的位置，PLC通過控制電磁閥使左右氣缸推動(dòng)夾手加緊坩堝。Z1軸運(yùn)動(dòng)提升將坩堝抬到一定高度，然后Y軸帶動(dòng)坩堝移動(dòng)到料斗上方后，由翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)通過電機(jī)帶動(dòng)減速機(jī)、齒輪機(jī)構(gòu)使坩堝翻轉(zhuǎn)180°，再由翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)將坩堝翻轉(zhuǎn)到原位，Y軸運(yùn)動(dòng)到同步帶上方，Z1軸下降到位，氣缸松開，石墨坩堝放回到傳送帶上。圖3為程序設(shè)計(jì)的流程圖，圖4為梯形圖，由于梯形圖過長，這里只給出了程序開始的子程部分。

表2 編程軟件中使用的I/O批注

圖3 系統(tǒng)的程序流程圖

3 結(jié)論

圖4 系統(tǒng)的起始程序

本文介紹了基于PLC控制步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)釩氮合金自動(dòng)打散與卸料裝置進(jìn)行相關(guān)工作的工作原理以及實(shí)現(xiàn)方法，分別從硬件以及軟件部分介紹功能的實(shí)現(xiàn)。

硬件部分著重介紹要實(shí)現(xiàn)打散與卸料功能所需的模塊，軟件部分介紹如何通過PLC編程軟件，利用梯形圖語言實(shí)現(xiàn)各個(gè)運(yùn)動(dòng)模塊之間的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，文中所提到的設(shè)備已經(jīng)經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)試，具有較高的穩(wěn)定性，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。本文中的系統(tǒng)可以減少工人在復(fù)雜惡劣環(huán)境中安全事故的隱患，同時(shí)也減輕從業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

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