鑄造混砂機的PLC技術改造＊

胡 清，沈 兵，高申德，汪萌生

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

0 引 言

混砂機是將液態(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備.它在鑄造行業(yè)應用非常廣泛，可與振實臺、翻轉機、輥道等輔助設備組成造型或制芯機械化流水線.

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

可編程控制器的應用可以提高設備自動化程度，減輕勞動強度，改善工作環(huán)境.80年代末，我國引進了美國WAF公司的10T混砂機，它具有混砂均勻、高性能、高效率等優(yōu)點，在生產中發(fā)揮著巨大的作用［2］.但是由于鑄造環(huán)境非常惡劣，經過多年的運行之后，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，由于使用時間太長經常發(fā)生故障，導致整個設備不能正常工作，無法滿足生產需求.為此，本文使用的歐姆龍可編程控制器，對設備的控制系統(tǒng)進行技術改造，提高了生產效率，取得了較好的經濟效益.

1 混砂機結構及控制系統(tǒng)原理

混砂機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］.它的特點是由一級可自由回轉的攪籠組成，通過除砂斗和各級傳送機構將再生砂輸送至混砂攪籠，同時加入樹脂和固化劑液料進行攪混，高速混砂，最終輸出合格的自硬砂［4］.

機器結構形式是固定式，一級回轉式見圖1.

2 控制系統(tǒng)的改進設計方案

2.1 選型匹配

原混砂機控制系統(tǒng)選用的是美國AB系列SLC150型可編程序邏輯控制器，該型號PLC產品產于80年代，現已淘汰.于是決定選用目前市場上的歐姆龍或西門子系列產品，經過比較最終采用性價比較高的歐姆龍CPM2AE型PLC.

深入研究美國原廠的全部圖紙資料，對原PLC程序梯形圖進行分析，充分理解各種控制邏輯關系，在此基礎上編制出與原AB系列PLC對映的CPM2AE的I/O接口地址表，以確保不損失混砂機原有的功能，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號兩根導線（見圖2A區(qū)）如果發(fā)生絕緣低或外皮破損導致兩線搭接等現象，PLC會發(fā)出報警信號，導致控制系統(tǒng)無法工作.為避免這一現象的發(fā)生，設備改造時采用了如圖3A區(qū)的方法，PLC輸入端的公共端直接與開關量的另一端相連.

（2）因為輸出端口用來控制電磁閥，為避免因通斷電磁閥時可能產生的大電流對PLC輸出點造成損壞，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PLC的輸出點.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浪涌吸收器；若用直流電源，就需要用續(xù)流二極管，這對保護PLC的輸出點很有好處.這次改造項目中使用的是交流220V，所以采用了繼電器線圈并聯浪涌吸收器的方式，見圖3B區(qū)所示.

（4）在有些控制回路設計中，表面看起來似乎很合理，實際上并不可靠.如將點動按鈕、急停按鈕、過載保護觸點、互鎖觸點等作為PLC的輸入信號，但由于PLC是成批輸入、輸出的工作方式，當上述按鈕或觸點動作時，很有可能因反應不及時造成事故.正確的方法是將點動按鈕、急停按鈕直接控制執(zhí)行元件.將保護性的觸點接在PLC輸出回路與相應的執(zhí)行元件串聯.

2.3 編 程

原來的控制程序相對比較復雜，不便于掌握，甚至出現當部分功能失常時，就繞過PLC直接改用繼電器法接線實現控制的現象.在采用新PLC進行技術改造時，在原有梯形圖上進行升級，調整、簡化控制程序［5］.當PLC的所有輸入輸出配線完畢時，恢復了設備缺失很久的功能；運行條件安全開關閉合、送料筒內的砂料處于非低位時，螺旋推進器啟動，啟動混砂攪籠，延時（時間可調）打開下砂閘門，固化劑液料閥打開供料，延時樹脂液態(tài)料進行供給，混砂開始.按停機按鈕，下砂閘門立刻關閉，送砂攪籠停機延時的時間可調，樹脂、固化劑供料停止，混砂結束.

充分利用PLC內部時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，使混砂機恢復了混砂均勻、高性能、高效率等優(yōu)點.圖4為改造后的PLC梯形圖.

3 總 結

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

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

（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，所以只要稍加學習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；一個完善的程序應當具備功能的完備性和運行的可靠性.因此，合理編制PLC的應用程序是提高控制系統(tǒng)可靠性的有力措施.

［1］陳堅.羅克韋爾小型PLC控制系統(tǒng)設計與應用實例［M］.北京：中國電力出版社，2010（3）：14－16.

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

［3］霍罡.歐姆龍PLC應用系統(tǒng)設計實例精解［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2010.

［4］李朝陽.一種新型混砂機［J］.新技術新工藝，2002（11）：33.

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