基于PLC控制的窯尾多規(guī)格分級落磚設(shè)備

胡國緯

摘 要：本文著重從系統(tǒng)組成、系統(tǒng)設(shè)計及程序編寫三方面，介紹利用可編程控制器（PLC）和變頻器驅(qū)動系統(tǒng)，實現(xiàn)窯尾分級落磚的自動化控制，對減少人工及工作強度、提高產(chǎn)品質(zhì)量、增強陶瓷行業(yè)現(xiàn)代化管理水平具有廣泛意義。

關(guān)鍵詞：PLC；變頻驅(qū)動系統(tǒng)；窯尾分級落磚

1 前言

以前，很多廠家的窯尾分級落磚是人工完成的。工人把不同級別的瓷磚，人工分別堆放在磚架上。在這個工序中，有兩個顯著特點：

第一，磚體溫度高，通常窯尾撿磚時的磚體溫度都有100℃左右的高溫，需要配帶隔熱手套工作，否則很容易被燙傷；

第二，大規(guī)格瓷磚，單件質(zhì)量重，例如，常見的800 mm×800 mm磚，單件就有15 kg重。在窯尾連續(xù)撿磚，是一項重體力勞動。

工人在這種高溫的環(huán)境下進行繁重的作業(yè)，體力消耗較大，容易出現(xiàn)體力透支、高溫中暑等現(xiàn)象。

然而，以前的窯尾落磚機大多沒有分級功能，且通常不具備可轉(zhuǎn)換落多規(guī)格瓷磚的功能，使用范圍受到限制。

為了解決這些難題，本文應(yīng)用PLC 自動化控制技術(shù)，結(jié)合實際生產(chǎn)。不斷改進優(yōu)化方案，摸索總結(jié)出了以下成功解決方案，既減輕工人的勞動強度，又可提高經(jīng)濟效益。

以下就基于PLC的窯尾多規(guī)格分級落磚解決方案的系統(tǒng)組成和控制方面進行闡述，并說明了系統(tǒng)的工作流程，希望能給同行們以探討、借鑒。

2 窯尾多規(guī)格分級落磚機的技術(shù)指標

本次使用的設(shè)備可以生產(chǎn)多個規(guī)格的瓷磚，主要可生產(chǎn)以下四種規(guī)格的瓷磚，分別是：1200 mm×600 mm；900 mm×450 mm；800 mm×800 mm；600 mm×600 mm，因此，設(shè)計時整線需考慮調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)產(chǎn)功能。

要實現(xiàn)分級落磚功能，就須安裝多套分級落磚單元，每套分級落磚單元的機構(gòu)組成和工作流程都是一樣的。在這里，只對其中的一套分級落磚單元進行闡述。

2.1 入口分級系統(tǒng)

入口分級系統(tǒng)由入口對中裝置和分級裝置兩部

組成。

為了確保每次來磚都能垂直平順地進入分級裝置，而設(shè)計了這套入口對中裝置。該裝置主要由兩個氣缸、四個導(dǎo)輪及其它組件組成。它們分別位于來磚方向的左右兩邊，每邊一個氣缸，兩個導(dǎo)輪。

兩個氣缸是同時動作的，調(diào)機時，中間放一片需對中的瓷磚，使兩個氣缸同時伸出，四個導(dǎo)輪剛好壓穩(wěn)瓷磚的左右兩邊為好。在入磚方向上，瓷磚的中心線應(yīng)該剛好和入磚的兩條皮帶的中心線重合，如果中心線不重合，就要調(diào)整左右氣缸的行程，使之重合。

分級裝置由一個普通光電開關(guān)和一個熒光光電開關(guān)及固定支架等組成。普通光電開關(guān)負責(zé)檢測瓷磚的有無，熒光光電開關(guān)負責(zé)檢測瓷磚上熒光筆的畫線。兩者信號配合，經(jīng)過PLC軟件處理，來判斷熒光線在瓷磚上的位置。如果瓷磚沒有熒光線，則該瓷磚為一級；如果熒光線在瓷磚的前邊沿，則該瓷磚為二級；如果熒光線在瓷磚的后邊沿，則該瓷磚為次品。

2.2 抬起及疊磚系統(tǒng)

該系統(tǒng)由抬起裝置、斜坡傳動機構(gòu)、疊磚升降裝置組成。

該系統(tǒng)由入口分級系統(tǒng)判斷的瓷磚級別和該套落磚單元介面設(shè)定的落磚級別對比，如果相同，則抬起裝置抬起，使該瓷磚經(jīng)過斜坡傳動機構(gòu)落到疊磚升降裝置上，當(dāng)該瓷磚傳動到斜坡傳動機構(gòu)上時，抬起裝置即可落下，準備好上層的過磚或下層動作。

當(dāng)瓷磚片數(shù)檢測光電開關(guān)常亮?xí)r，疊磚升降裝置降下，使瓷磚進入到下層傳動及出磚系統(tǒng)。當(dāng)瓷磚完全離開疊磚升降裝置后，疊磚升降裝置抬起，進行下一輪的疊磚。

2.3 下層傳動及出磚系統(tǒng)

該系統(tǒng)包括下層傳動、出磚升降、出磚推磚、出磚傳動及出口夾磚五個子系統(tǒng)組成。

下層傳動和出磚傳動在沒磚到的情況下可以常轉(zhuǎn)，但是在出口夾磚位有磚時，出磚傳動位再有磚時，就要停止。此時，如果出磚升降位也有磚，下層傳動就要停止。疊磚系統(tǒng)疊好磚，降下后，抬起裝置將不再抬起。這樣設(shè)計的目的是為了防止瓷磚撞在一起，造成工序混亂和瓷磚損壞。

出磚推磚是在出磚升降位有磚，出磚升起后，出磚時氣缸動作，推一下瓷磚。這樣設(shè)計的目的主要是考慮到，要保證較小的瓷磚可順利傳動到出磚皮帶上。

2.4 小車前后移及前后翻磚系統(tǒng)

該系統(tǒng)是該套設(shè)備中最核心、最復(fù)雜的系統(tǒng)。系統(tǒng)包括小車的翻磚傳動皮帶，該皮帶可以前、后兩個方向傳動，以適應(yīng)前、后翻磚的需要；相對應(yīng)的還有小車的前、后翻磚子系統(tǒng)和小車的前、后移系統(tǒng)。

因為每個分級落磚單元有兩個落磚工位，分別為前落磚工位和后落磚工位，分別對應(yīng)前、后磚架。如前磚架落磚滿了，小車就會自動到后磚架工作，此時，工人可以用叉車叉走前磚架的磚，換上空磚架；當(dāng)后磚架落滿磚后，小車又會自動到前磚架工作。如此，實現(xiàn)前、后磚架輪流不間斷工作。

2.5 手動控制

對每臺電機的運行與停止，每個氣缸的動作與復(fù)位，都可進行手動操作，以便對每個裝置單獨調(diào)整、檢修或排除故障使用。

2.6 自動控制

自動運行時，可按照上述2.1～2.4的要求完成循環(huán)運行。

2.7 自動過磚

當(dāng)不需要該分級落磚單元工作時，可在人機介面設(shè)定，當(dāng)可分級的“一等品、二等品、次品”三種級別都不選定時，將沒有任何級別的瓷磚會從該落磚單元落磚。此時，經(jīng)過該分級落磚單元的全部瓷磚就可以傳動到下面的分級落磚單元，進行分級落磚，從而完成自動過磚功能。

3 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)以上技術(shù)指標和控制要求，該套落磚單元共有四個系統(tǒng)和三個工作模式，且該設(shè)備通常要一個PLC系統(tǒng)控制兩套這樣的落磚單元。由于控制較大，在這里，我們選用的PLC是OMRON的CP1H-X40DT-D，再加上三個40點的I/O擴展模塊CP1W-40EDT。這樣就組成一個共160個I/O點的PLC系統(tǒng)控制系統(tǒng)，該套PLC系統(tǒng)可同時控制兩套這樣的落磚單元。

由于該套PLC系統(tǒng)所控制的1#、2#落磚單元是相同的，故在這里只對該套PLC系統(tǒng)中的1#落磚單元進行闡述。

3.1 數(shù)字量輸入部分

輸入地址分配如表1所示。

3.2 數(shù)字量輸出部分

輸出地址分配如表2所示。

4 各技術(shù)指標的實現(xiàn)

4.1 入口分級系統(tǒng)的設(shè)計

該技術(shù)指標已在2.1中做了初步的介紹，在我們實際生產(chǎn)調(diào)試的過程中，在人機介面上增加了都可以設(shè)定要落磚的級別的選項，這樣設(shè)計可以使設(shè)備的應(yīng)用更加靈活。

如圖2所示，當(dāng)0.06點ON時，延時0.3 s，入口夾磚氣缸102.00點ON，該點ON后，開始計時0.8 s，時間到，101.04點OFF，夾磚氣缸復(fù)位，完成入口夾磚。

當(dāng)1#配合熒光檢測光電0.10點ON時，開始計時，總時間T0和前邊沿到熒光線所用時間T1，同時開始計時，0.10點ON，結(jié)束T0計時；0.09點ON，結(jié)束T1計時。如果在過磚的過程中，0.09點均未出現(xiàn)ON（即未檢測到熒光線），則該磚為一級品；否則就用T0的值除以T1的值，就可以判斷出熒光線在瓷磚的前邊沿還是后邊沿。該系統(tǒng)的部分程序如下所示（指令表格式）：

4.2 抬起及疊磚系統(tǒng)的設(shè)計

該系統(tǒng)已在2.2中做了初步的介紹，當(dāng)入口分級系統(tǒng)檢測出來磚的級別后，這個來磚的級別與該落磚單元設(shè)定的級別相比，如果相同，如圖3所示，則102.01點ON，1#過磚升降氣缸動作，過磚升抬起，來磚進入M2電機1#斜坡傳動段，經(jīng)過該段落到1#落磚疊磚位，完成落一片磚。

隨著1#落磚疊磚位疊磚數(shù)量的增加，當(dāng)1#疊磚到位光電1.00點ON時，延時1秒后，1#疊磚升降102.02點OFF，1#疊磚升降降下，延時0.5 s后，1#下層入磚M3電機控制輸出點101.02點ON，M3電機傳動，1#斜坡光電0.11點由ON變?yōu)镺FF，延時0.5 s后，1#疊磚升降升起，完成復(fù)位，可以再次接磚。

該系統(tǒng)的部分程序如下所示（指令表格式）：

4.3 下層傳動及出磚系統(tǒng)的設(shè)計

如圖4所示，當(dāng)抬起及疊磚系統(tǒng)疊好的磚傳到1#下層出磚到位，即1.01點ON時，延時0.6 s后，1#下層入磚傳動M3停止，同時1#下層出磚升氣缸102.03點ON，當(dāng)1#下磚出磚升到位1.02點ON時，如果此時1#出磚傳動M4的控制點101.03點也ON時，則1#下層推磚氣缸動作，當(dāng)1#下層推磚到位0.01點ON時，1#下層推磚氣缸立刻復(fù)位，完成一次1#下層推磚動作。當(dāng)1#下層推磚復(fù)位0.02點OFF，如果此時1#下層出磚到位1.01點也OFF，1#下層出磚升103.03點就可以O(shè)FF，1#下層出磚升復(fù)位1.03點ON，此時就可以充許1#下層入磚傳動M3再次傳動，進行下一次的出磚。

4.4 小車前后移及前后翻磚系統(tǒng)的設(shè)計：

如圖5所示，每一個落磚單元分為前、后兩個落磚工位，前、后兩個工位中任何一個工位先有磚架，延時3 s 后，該工作就先處于工作狀態(tài)。如果上電后，第一次開機，前、后工位都有磚架，則前工位先處于工作狀態(tài)。前、后兩個工位的工作過程相似，故在這里只對1#小車前工位的工作過程做闡述。

前工位處于工作狀態(tài)，則落磚小車就前移，如果前磚架上無磚，則小車就會前移到1#車的前位1.11點ON，然后，小車前移停止，等待來磚；如果前磚架上已有磚，則1#小車就會前移到1#小車前落磚后退電眼1.08點ON時，1#小車停止前移，延時2 s，1#小車后退至1#小車前落磚后退電眼1.08點OFF時，1#小車停止后退，等待來磚。

當(dāng)1#出磚電眼2對應(yīng)的1.05點ON時，延時1秒，開始出口夾磚，出口夾磚動作1.2 s，復(fù)位，再延時0.3 s后，出口接磚升下降，至此，完成出口位的夾磚及下降。

然后，1#翻磚前后傳動M5向前傳動，當(dāng)1#前翻磚到位1.07點ON，延時0.8 s，1#翻磚前后傳動M5變?yōu)榈退傧蚯皞鲃?，這個低速運行的時間可以在人機介面設(shè)定。當(dāng)?shù)退龠\行時間到，M5停止運行，開始翻磚，即1#前翻磚103.01點ON，1#前翻磚ON的時間也可以在人機介面設(shè)定，當(dāng)1#前翻磚時間到，1#前翻磚103.01點OFF，1#前翻磚復(fù)位1.06點ON，1#前翻磚復(fù)位完成。至此，完成1#前翻磚動作過程，等待下次來磚，繼續(xù)循環(huán)運行。

1#小車前落磚工位的部分程序如表5所示。

5 結(jié)束語

該設(shè)備自去年設(shè)計成功以來，經(jīng)過了實際生產(chǎn)使用的考驗，同時對暴露出來的問題進行了不斷的改進?，F(xiàn)在，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，效果良好，是窯尾多規(guī)格分級落磚較理想的解決方案。通過本文的闡述，希望能給同行們以啟發(fā)、借鑒。

參考文獻

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