孫 雪,楊 鍇

(中國(guó)建材國(guó)際工程集團(tuán)有限公司，上海 200063)

在玻璃生產(chǎn)線(xiàn)的整條工藝鏈中，均化庫(kù)內(nèi)的工作是最早的工藝環(huán)節(jié)之一。在均化庫(kù)內(nèi)，貯存著生產(chǎn)玻璃過(guò)程中最主要的原料成分——硅砂。通常情況下，不同批次的硅砂其品質(zhì)和特性會(huì)有細(xì)微差別，故而需要在均化庫(kù)內(nèi)將其均化，然后送至原料車(chē)間與其他原料(如白云石、石灰石、純堿等)按一定的比例進(jìn)行混合，為后續(xù)關(guān)鍵的熔化工藝提供原料。雖然均化庫(kù)內(nèi)的工序并不復(fù)雜，但卻有很多可以?xún)?yōu)化的空間。

1 背 景

考慮優(yōu)化控制就得先了解原先的工藝流程。玻璃廠(chǎng)均化庫(kù)的工藝流程為：

1)硅料運(yùn)輸車(chē)將硅料傾倒入指定的下料區(qū)，該區(qū)域通常與一地坑相連，同時(shí)另一端與下料地坑相連的皮帶機(jī)與斗提機(jī)將進(jìn)行對(duì)硅砂的第一輪運(yùn)輸，目標(biāo)是將硅砂提升至15～20 m高處(具體高度跟產(chǎn)線(xiàn)產(chǎn)量有關(guān))。

2)在高處有一鋼平臺(tái)走廊，斗提機(jī)出于走廊的一端，硅砂將被斗提機(jī)直接連續(xù)地堆放在一條不停運(yùn)轉(zhuǎn)的皮帶機(jī)上，由此運(yùn)送到走廊的中間位置。

3)在走廊的中間位置，安裝有一輛卸料小車(chē)，硅砂通過(guò)皮帶輸送進(jìn)入小車(chē)內(nèi)部，再由小車(chē)的下料口通過(guò)走廊兩側(cè)地面縫隙向車(chē)間內(nèi)地面下料，由于小車(chē)是往復(fù)運(yùn)動(dòng)的，從而在地面上被堆放的硅砂也會(huì)被均化。

4)在均化庫(kù)地面一側(cè)，設(shè)置一臺(tái)同樣可以往復(fù)運(yùn)動(dòng)的耙砂機(jī)，同時(shí)耙砂機(jī)下側(cè)裝有一條皮帶機(jī)，耙砂機(jī)通過(guò)橫向移動(dòng)，配合控制機(jī)械臂上的皮帶機(jī)帶動(dòng)鏟刀，將硅砂不間斷地刮掃至皮帶機(jī)上，并運(yùn)往原料車(chē)間進(jìn)行下一步工藝環(huán)節(jié)。

以上就是玻璃廠(chǎng)均化庫(kù)的工藝流程。從控制的角度來(lái)說(shuō)，基本上現(xiàn)在所有的工廠(chǎng)仍是采用卸料車(chē)與耙砂機(jī)分開(kāi)控制，其中卸料車(chē)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)是通過(guò)邏輯控制器設(shè)定延時(shí)切換電機(jī)正反轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。如果兩者分開(kāi)運(yùn)行，必須等待卸料完成，卸料車(chē)停機(jī)，耙砂機(jī)方可開(kāi)始工作；如果兩者同時(shí)運(yùn)行，則常常會(huì)發(fā)生硅砂掉落在耙砂機(jī)上，造成浪費(fèi)和安全隱患。

隨著工業(yè)生產(chǎn)向更精細(xì)化發(fā)展的趨勢(shì)，以及針對(duì)部分現(xiàn)場(chǎng)對(duì)于工廠(chǎng)自動(dòng)化程度提出了更高要求，同時(shí)也為避免上述提到的原料浪費(fèi)和安全隱患，現(xiàn)考慮設(shè)計(jì)一種針對(duì)均化庫(kù)卸料車(chē)與耙砂機(jī)之間實(shí)現(xiàn)配合控制的系統(tǒng)。

2 原 理

在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)之前，首先需將均化庫(kù)分為左右兩個(gè)區(qū)，目的是使卸料車(chē)與耙砂機(jī)可以分別在兩個(gè)區(qū)同時(shí)運(yùn)行，即卸料車(chē)于左區(qū)卸料，耙砂機(jī)于右區(qū)掃料，并可通過(guò)模式切換來(lái)實(shí)現(xiàn)兩者互換位置。這樣既能在耙砂機(jī)掃料的同時(shí)繼續(xù)卸料，又能避免兩者在同一個(gè)區(qū)域發(fā)生相互干擾的情況[1]。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需包括PLC、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、按鈕、交流接觸器、熱繼電器、中間繼電器、接近開(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)等電器元件。繪制控制原理圖如圖1所示。

該電路設(shè)計(jì)有手動(dòng)和自動(dòng)模式選擇，且兩種控制模式互鎖。手動(dòng)即為人為控制設(shè)備啟停，自動(dòng)即為交由PLC控制設(shè)備自動(dòng)運(yùn)行。兩臺(tái)設(shè)備的電機(jī)正反轉(zhuǎn)均設(shè)有互鎖保護(hù)，并設(shè)置限位開(kāi)關(guān)作為運(yùn)動(dòng)軌跡越界保護(hù)停車(chē)。

該設(shè)計(jì)意在通過(guò)一臺(tái)PLC設(shè)置卸料車(chē)與耙砂機(jī)各自電機(jī)在到達(dá)相應(yīng)位置時(shí)啟動(dòng)正反轉(zhuǎn)切換，實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)設(shè)備各自往復(fù)循環(huán)地卸料與耙砂，并在停止命令之后，繼續(xù)運(yùn)行直至回到初始位置停止。上述正反轉(zhuǎn)切換的相應(yīng)位置為卸料車(chē)與耙砂機(jī)運(yùn)行軌跡的左極限與右極限，初始位置為整個(gè)車(chē)間的中間位置，即左右兩區(qū)的分界點(diǎn)。卸料車(chē)的行動(dòng)軌跡上，分別有LS1、LS2、LS3作為左極限、中間位、右極限的接近開(kāi)關(guān)位置信號(hào)；耙砂機(jī)的行動(dòng)軌跡上，分別有LS4、LS5、LS6作為左極限、中間位、右極限的接近開(kāi)關(guān)位置信號(hào)。

實(shí)現(xiàn)該控制方法通過(guò)以下步驟：

1)檢查卸料車(chē)與耙砂機(jī)是否均處于中間位，若不在中間位，可通過(guò)手動(dòng)模式讓卸料車(chē)復(fù)位至觸發(fā)接近開(kāi)關(guān)LS2，耙砂機(jī)復(fù)位至觸發(fā)接近開(kāi)關(guān)LS4，均復(fù)位時(shí)有信號(hào)燈HW1顯示為自動(dòng)控制準(zhǔn)備就緒，其PLC梯形圖如圖2所示[2]。

2)正常工作時(shí),轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)SA1可切換自動(dòng)控制或手動(dòng)控制，自動(dòng)模式下由轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)SA2選擇自動(dòng)的模式與停止，手動(dòng)模式則方便于試車(chē)調(diào)試。

(1)將SA2向左旋轉(zhuǎn)，進(jìn)入模式一狀態(tài)：卸料車(chē)電機(jī)正向啟動(dòng)，向左區(qū)運(yùn)行；耙砂機(jī)電機(jī)反向啟動(dòng)，向右區(qū)運(yùn)行;

(2)以卸料車(chē)為例，當(dāng)卸料車(chē)左行至觸發(fā)接近開(kāi)關(guān)LS1時(shí)，電機(jī)停止，等候3 s，然后反轉(zhuǎn)啟動(dòng)，向中心方向運(yùn)行；當(dāng)卸料車(chē)右行至中心位置，觸發(fā)接近開(kāi)關(guān)LS2時(shí)，電機(jī)停止，等候3 s，然后再次正向啟動(dòng)，以此循環(huán)；

(3)耙沙機(jī)控制原理與卸料車(chē)相同，方向相反；

(4)將SF2旋轉(zhuǎn)至停車(chē)，卸料車(chē)與耙沙機(jī)不會(huì)立刻停車(chē)，均會(huì)繼續(xù)運(yùn)行至回到兩區(qū)中心位置后才停車(chē)。

3)模式二與模式一原理相同，區(qū)別在于卸料車(chē)與耙沙機(jī)工作的左右區(qū)域互換。

4)卸料車(chē)與耙沙機(jī)均設(shè)有緊急停車(chē)自鎖按鈕，以保證緊急情況下的斷電停機(jī)。

卸料車(chē)與耙砂機(jī)整套運(yùn)行流程的PLC梯形圖分別如圖3～圖6所示。

如此一來(lái)，一套相對(duì)比較完整的卸料車(chē)與耙砂機(jī)分區(qū)配合自動(dòng)工作的控制系統(tǒng)便完成了[3]。

3 相關(guān)說(shuō)明

為使該控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目的更明確、控制原理更清晰，以及操作方法更便于理解，也為了更好地結(jié)合工廠(chǎng)的實(shí)際生產(chǎn)現(xiàn)狀，現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)本控制系統(tǒng)時(shí)出現(xiàn)的一些細(xì)節(jié)作進(jìn)一步闡述說(shuō)明。

1)接近開(kāi)關(guān)與限位開(kāi)關(guān)的區(qū)別

卸料車(chē)與耙砂機(jī)在行走軌道的左右兩側(cè)均設(shè)有限位開(kāi)關(guān)和接近開(kāi)關(guān)，這兩種元器件從功能上來(lái)說(shuō)，都是用來(lái)檢測(cè)目標(biāo)設(shè)備在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中是否到達(dá)或離開(kāi)目標(biāo)位置，從而觸發(fā)電信號(hào)遠(yuǎn)傳來(lái)實(shí)現(xiàn)顯示和控制的位置開(kāi)關(guān)。它們的區(qū)別在于：限位開(kāi)關(guān)是通過(guò)目標(biāo)設(shè)備在運(yùn)動(dòng)中與開(kāi)關(guān)本身的機(jī)械碰撞來(lái)觸發(fā)內(nèi)部觸點(diǎn)通斷的接觸式檢測(cè)元件，而接近開(kāi)關(guān)是無(wú)機(jī)械動(dòng)作，依靠傳感器遠(yuǎn)程感應(yīng)來(lái)觸發(fā)通斷的非接觸式檢測(cè)元件[4]。

因此，限位開(kāi)關(guān)的安裝位置是在卸料車(chē)與耙砂機(jī)行進(jìn)軌道中的極限位置，簡(jiǎn)而言之，即是當(dāng)電機(jī)因不知名原因運(yùn)動(dòng)至軌道的最末處，限位開(kāi)關(guān)是以機(jī)械動(dòng)作切斷電源以保證整個(gè)系統(tǒng)安全的最終手段。

而接近開(kāi)關(guān)的安裝位置，是在行進(jìn)軌道中的次極限位置以及中心區(qū)域位置，其作用是作為自動(dòng)控制模式下，在軌道上行走的電機(jī)停車(chē)與反轉(zhuǎn)的觸發(fā)信號(hào)。因?yàn)樵谡Ｉa(chǎn)中，無(wú)論是運(yùn)行在模式一還是模式二之下，又或者模式一與模式二互相切換時(shí)，設(shè)備都會(huì)頻繁地經(jīng)過(guò)并觸發(fā)或忽略接近開(kāi)關(guān)，如果在此處選擇機(jī)械接觸式的檢測(cè)元件，無(wú)論是安裝還是因?yàn)橛|發(fā)動(dòng)作產(chǎn)生的機(jī)械損耗，都是沒(méi)有必要的。

2)電機(jī)延時(shí)自動(dòng)反轉(zhuǎn)與位置信號(hào)觸發(fā)反轉(zhuǎn)的區(qū)別

該控制系統(tǒng)因嘗試將均化庫(kù)分區(qū)，改善了原本的控制回路，通過(guò)選擇模式一或模式二，來(lái)啟動(dòng)卸料車(chē)與耙砂機(jī)分別在不同區(qū)域自動(dòng)運(yùn)行。也同時(shí)改善了電機(jī)正反轉(zhuǎn)的控制原理，原本以PLC設(shè)定延時(shí)機(jī)制來(lái)啟停電機(jī)正反轉(zhuǎn)時(shí)機(jī)的設(shè)計(jì)，其弊端在于若卸料車(chē)或耙砂機(jī)每次所帶負(fù)載不同，其電機(jī)運(yùn)行速度多少會(huì)受影響，在電機(jī)速度不同的情況下，只考慮一到設(shè)定時(shí)間就停機(jī)并反轉(zhuǎn)，會(huì)造成每次行走的路徑存在差異，如需每次合理利用整個(gè)均化庫(kù)的空間，就需要每次都重新測(cè)試并設(shè)定延時(shí)的時(shí)間參數(shù)，不精確也不方便。因此該控制系統(tǒng)改用接近開(kāi)關(guān)在固定位置觸發(fā)電機(jī)的停車(chē)和正反轉(zhuǎn)切換，回避了上述問(wèn)題。

3)為何設(shè)備停止后需要繼續(xù)運(yùn)行到中間的準(zhǔn)備位置

該控制系統(tǒng)在自動(dòng)模式運(yùn)行狀態(tài)下，當(dāng)輸入停止指令，設(shè)備會(huì)繼續(xù)動(dòng)作，直到回到均化庫(kù)中心的接近開(kāi)關(guān)位置。這個(gè)設(shè)計(jì)一方面是為了避免設(shè)備處在任意位置時(shí)，啟動(dòng)后不知會(huì)向哪個(gè)方向運(yùn)行的不確定性；另一方面也是考慮到在啟動(dòng)自動(dòng)模式之前，需要一個(gè)準(zhǔn)備就緒的前置信號(hào)，避免自動(dòng)模式的意外啟動(dòng)。

4)控制回路與梯形圖在實(shí)際運(yùn)作中的講解

在控制回路方面，當(dāng)SA1切換為手動(dòng)模式時(shí)，卸料車(chē)與耙砂機(jī)均可由按鈕自由啟動(dòng)與停止正反轉(zhuǎn)；當(dāng)SA1切換為自動(dòng)模式時(shí)，卸料車(chē)與耙砂機(jī)需要由PLC輸出的繼電器信號(hào)KA3-KA6的通斷來(lái)實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，KA3與KA6的通斷由PLC內(nèi)的邏輯編程實(shí)現(xiàn)。LS1-3為卸料車(chē)左到位、中到位、右到位；LS4-6為耙沙機(jī)左到位、中到位、右到位。當(dāng)兩臺(tái)設(shè)備均處于中間位置時(shí)，KA17得電，HW1燈亮，視為自動(dòng)控制準(zhǔn)備就緒。

實(shí)施例：將SA2切換為模式一，以卸料車(chē)為例：模式一狀態(tài)下，DI1得電閉合，Y60為準(zhǔn)備就緒延時(shí)斷開(kāi)信號(hào)，此時(shí)得電閉合，Y35、DI4閉合，卸料車(chē)啟動(dòng)向左運(yùn)行；當(dāng)行至左側(cè)接近開(kāi)關(guān)，觸發(fā)LS1，使DI4得電斷開(kāi)，電機(jī)停止；延時(shí)3 s后，由T51得電閉合，卸料車(chē)啟動(dòng)向右運(yùn)行；當(dāng)行至中間接近開(kāi)關(guān)，觸發(fā)LS2，使DI5得電斷開(kāi)，電機(jī)停止；延時(shí)3 s后，由T52得電閉合，卸料車(chē)重新啟動(dòng)向左運(yùn)行，進(jìn)入循環(huán)。

將SA2切換為停止，以卸料車(chē)為例：停止?fàn)顟B(tài)下，DI2得電閉合。如果設(shè)備原本在模式一狀態(tài)下運(yùn)行，則設(shè)備將保持運(yùn)行至回到中心位置，觸發(fā)LS2，使DI5得電閉合，Y35得電斷開(kāi)，電機(jī)停止循環(huán)。

模式二控制原理與模式一相同，耙砂機(jī)控制原理與卸料車(chē)相同，方向相反。

如果在啟動(dòng)模式一或模式二之前，卸料車(chē)或耙砂機(jī)其中至少一臺(tái)設(shè)備因之前手動(dòng)啟停或緊急停車(chē)后不在中心位置，需同樣以手動(dòng)模式將其停止到中心位置：LS2、LS5閉合，KA12、KA15得電，KA17得電，HW1燈亮，DI10得電，Y60得電閉合，啟動(dòng)準(zhǔn)備就緒。

如遇緊急情況需立即停車(chē)，可按緊急停止按鈕SS1、SS2。

4 結(jié) 論

當(dāng)今的玻璃生產(chǎn)線(xiàn)，不斷地向數(shù)字化、智能化邁進(jìn)。如果說(shuō)窯爐、錫槽、退火是技術(shù)發(fā)展的最前線(xiàn)，那在關(guān)注前沿技術(shù)的同時(shí)，也不要忘記：在大后方，如均化庫(kù)這般沒(méi)有太多復(fù)雜工序的場(chǎng)所，依然可以有很多從技術(shù)角度來(lái)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的空間。也許一個(gè)簡(jiǎn)單的靈感和想法，一個(gè)簡(jiǎn)單的對(duì)控制系統(tǒng)的改進(jìn)，其提升的整體效率和數(shù)字化程度，并不簡(jiǎn)單。