自動(dòng)上料裝置PLC改造研究

凌黎明　鄭法明

【摘 要】隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，自動(dòng)化生產(chǎn)模式逐漸推廣普及，相較于人工生產(chǎn)，自動(dòng)化生產(chǎn)的效率更高。上料裝置是自動(dòng)化生產(chǎn)中比較常見的一類機(jī)械設(shè)備，隨著生產(chǎn)規(guī)模的增大，傳統(tǒng)上料裝置的許多問題都暴露出來(lái)，例如效率低、耗能高等。針對(duì)以上問題，文章將探討基于PLC的自動(dòng)上料裝置的改造。

【關(guān)鍵詞】自動(dòng)上料裝置;PLC;改造

【中圖分類號(hào)】TH237.1 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2020）07-0066-02

0 引言

我國(guó)現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)作業(yè)中，人工上料和下料的情況基本已經(jīng)消失。工業(yè)化生產(chǎn)水平的提高體現(xiàn)在諸多方面，例如生產(chǎn)組織體系的嚴(yán)密化、生產(chǎn)自動(dòng)化的普及等。與人工上料相比，自動(dòng)上料可以大幅度提高生產(chǎn)效率，同時(shí)使生產(chǎn)消耗大幅度下降。基于PLC的上料裝置進(jìn)一步簡(jiǎn)化了操作工藝，提高了生產(chǎn)安全水平，減少了人力資源的投入。

1 PLC技術(shù)及上料裝置介紹

1.1 PLC技術(shù)的含義和特點(diǎn)

PLC是Programmable Logic Controller的縮寫，根據(jù)國(guó)際電工委員會(huì)給出的定義，PLC即可編程控制器，是一種專門為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算電子系統(tǒng)，它通過可編程存儲(chǔ)器中所儲(chǔ)存的一系列邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、算數(shù)運(yùn)算等操作控制實(shí)現(xiàn)數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，可以用于不同類型機(jī)械加工和生產(chǎn)過程的控制。

PLC的主要構(gòu)成部件包括電源、中央處理單元、存儲(chǔ)器、輸入單元及輸出單元等部分。中央處理單元包含控制器、運(yùn)算器及寄存器3個(gè)部分，其作用是處理和運(yùn)行程序，涉及邏輯和數(shù)學(xué)運(yùn)算。存儲(chǔ)器的作用是存放系統(tǒng)程序、用戶程序、邏輯變量及其他信息。其中，系統(tǒng)程序是PLC各種控制功能的載體，一般由PLC廠家編寫，并固化到只讀存儲(chǔ)器中，用戶通常不能訪問。輸入單元是PLC和被控制設(shè)備相連的輸入接口，負(fù)責(zé)接收主令元件和檢測(cè)元件傳輸?shù)男盘?hào)，是設(shè)備與PLC溝通的橋梁。輸出單元的作用是將PLC的輸出信號(hào)傳輸給被控制設(shè)備，驅(qū)動(dòng)被控設(shè)備的執(zhí)行元件。

借助PLC技術(shù)可以基于工業(yè)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬和編程，從而實(shí)現(xiàn)工業(yè)環(huán)境安全性及工業(yè)生產(chǎn)效率的提高。在實(shí)際應(yīng)用的過程中，PLC技術(shù)多采用繼電器梯形圖指令達(dá)成各項(xiàng)操作，所使用的編程語(yǔ)言十分基礎(chǔ)。與傳統(tǒng)的技術(shù)形式相比，PLC技術(shù)在可靠性方面更勝一籌，同時(shí)能耗明顯降低。除此之外，PLC技術(shù)還具有較強(qiáng)的通用性和靈活性，可以利用多種軟件對(duì)不同的任務(wù)進(jìn)行控制，這是其能夠獲得廣泛推廣應(yīng)用的主要原因。PLC技術(shù)之所以具有顯著的可靠性和安全性，在于技術(shù)應(yīng)用過程中所表現(xiàn)出的自我診斷功能，它能夠?qū)ο到y(tǒng)運(yùn)行中出現(xiàn)的問題進(jìn)行診斷和應(yīng)對(duì)解決，并防止此類故障的再次發(fā)生，這使得PLC技術(shù)可以適應(yīng)多種多樣的環(huán)境，基本上在任何工業(yè)環(huán)境下都可以發(fā)揮出良好的效果。近年來(lái)，科學(xué)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展推動(dòng)了電子自動(dòng)化控制的不斷改革，現(xiàn)代化信息技術(shù)基本上已經(jīng)滲透到社會(huì)發(fā)展的方方面面，在電氣自動(dòng)化領(lǐng)域，PLC技術(shù)是信息化技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)典型代表。

在自動(dòng)上料裝置中，PLC技術(shù)可以用于裝置系統(tǒng)動(dòng)作程序和過程參數(shù)的控制，其中使用到的數(shù)字定時(shí)器的功能，比過去的時(shí)間繼電器及中間繼電器更加強(qiáng)大。在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，位移傳感器可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)作程序和過程程序的靈敏切換，同時(shí)可以兼顧比例壓力和比例流量的控制。PLC技術(shù)所采用的程序存儲(chǔ)模式具有較高的靈活性，不僅結(jié)構(gòu)小巧、反應(yīng)靈敏，程序的更改也十分方便。工作人員可以通操作鍵盤直接完成工業(yè)參數(shù)的修改，提高了生產(chǎn)作業(yè)的精確度。

1.2 自動(dòng)上料裝置

在工業(yè)生產(chǎn)中，自動(dòng)上料裝置取代人工完成上料工作，一方面可以縮短生產(chǎn)作業(yè)對(duì)原材料需求的供應(yīng)時(shí)間，另一方面可以最大限度地減少生產(chǎn)過程中人為因素的干擾，提高系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。過去，在一些生產(chǎn)規(guī)模較大的企業(yè)中，處于不同工作區(qū)域的工作人員往往需要通過電話進(jìn)行聯(lián)系和配合，否則很容易出現(xiàn)脫節(jié)現(xiàn)象;而采用自動(dòng)上、下料裝置則可以將整個(gè)生產(chǎn)流程進(jìn)行整合，由專業(yè)人員進(jìn)行統(tǒng)一操作，這樣不僅可以減少人力資源消耗，還可以提高生產(chǎn)效率。為了保障上料和生產(chǎn)作業(yè)的有效銜接，自動(dòng)化上料控制系統(tǒng)必須滿足以下條件：第一，對(duì)物料進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)量，同時(shí)根據(jù)實(shí)際情況對(duì)誤差進(jìn)行補(bǔ)償。在工業(yè)生產(chǎn)配料中，一些機(jī)械設(shè)備在運(yùn)行中可能會(huì)出現(xiàn)性能變化，物料本身也可能出現(xiàn)理化性質(zhì)的變化，這些都會(huì)造成稱量的誤差，需要控制系統(tǒng)自動(dòng)找回誤差。第二，必須根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求控制裝置自動(dòng)完成順序上料。第三，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)及控制參數(shù)進(jìn)行打印和記錄。第四，對(duì)系統(tǒng)的工作情況進(jìn)行檢測(cè)并顯示在屏幕上。若是在生產(chǎn)中出現(xiàn)外部機(jī)械故障，必須立即發(fā)出警報(bào)和故障處理信號(hào)。

2 基于PLC的自動(dòng)上料裝置改造研究

將PLC應(yīng)用于自動(dòng)上料裝置中，則裝置的所有操作都需要通過PLC進(jìn)行控制。根據(jù)一般思路，在自動(dòng)上料裝置運(yùn)行的過程中，工件的檢測(cè)可以通過光電傳感器實(shí)現(xiàn)，而位置控制則采用行程開關(guān)。

在當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)中，自動(dòng)上料裝置主要由儲(chǔ)料罐、上料罐、電器控制箱、物料管、氣流管、吸料泵等部件構(gòu)成。在裝置運(yùn)行的過程中，上料通過轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)，利用摩擦力的效果，使工件達(dá)到離心運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)送料。在裝置啟動(dòng)后，若出現(xiàn)上料罐中物料高度不足的現(xiàn)象，閘門會(huì)自動(dòng)關(guān)閉。吸料泵的作用是將上料罐抽空，使物料在壓強(qiáng)差的作用下順著物料管從儲(chǔ)料罐進(jìn)入到上料罐中，之后物料的重力會(huì)將閘門沖開，掉落到上料罐的底部，而閘門則會(huì)在磁力的作用下重新關(guān)上。自動(dòng)上料裝置在運(yùn)行的過程中將不斷重復(fù)上述程序，直至上料罐中的物料滿足要求。

在進(jìn)行改造設(shè)計(jì)的過程中，想要使自動(dòng)上料裝置能夠順利出料，應(yīng)對(duì)轉(zhuǎn)盤進(jìn)行改造，以往的很多設(shè)計(jì)采用的都是中間高周邊低的模式，目的是利用重力的分力作用控制送料的速度，以此保障物料的正常運(yùn)輸。圖1所示為自動(dòng)上料裝置運(yùn)行的主要流程。

在引入PLC對(duì)自動(dòng)上料裝置進(jìn)行改造時(shí)，需要關(guān)注的內(nèi)容主要有以下幾項(xiàng)。

第一，PLC控制的自動(dòng)上料設(shè)備氣動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。這項(xiàng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)在于氣缸的選擇，氣缸在工作時(shí)主要是利用磁鐵換向閥控制活塞的工作流程。最好選擇質(zhì)量較輕、結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單的雙作用氣缸，這樣可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行靈活的改造。

第二，PLC控制自動(dòng)上料設(shè)備電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。自動(dòng)上料裝置運(yùn)行過程中，電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制至關(guān)重要，因此上料過快或過慢都會(huì)對(duì)裝置產(chǎn)生不利影響，且威脅到生產(chǎn)作業(yè)的正常開展。對(duì)此，可以將變頻器應(yīng)用到電機(jī)控制中，選擇質(zhì)量好、功能性能穩(wěn)定的PLC，實(shí)現(xiàn)規(guī)律、高效的自動(dòng)上料過程。

第三，PLC控制的自動(dòng)上料設(shè)備機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。上文提到，自動(dòng)上料裝置在上料時(shí)需要通過轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的摩擦力使工件達(dá)到離心運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)送料的目的?；谶@一原理，為了確保裝置能夠正常出料，可以將轉(zhuǎn)盤設(shè)計(jì)為中間凸起、周邊凹陷的樣式。還需注意的一點(diǎn)是，物料的形態(tài)多種多樣，對(duì)于一些粉狀的物料，需要注意其顆粒之間的空隙大小及其宏觀重度，空隙率影響著顆粒物料自身重度和宏觀重度二者之間的差值，而孔隙率的大小則有著許多影響因素，如物料形狀、尺寸等。這就需要設(shè)計(jì)人員對(duì)物料的體積與質(zhì)量進(jìn)行精準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換運(yùn)算，據(jù)此完成自動(dòng)上料裝置的機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

基于PLC技術(shù)的自動(dòng)上料裝置的改造設(shè)計(jì)完成后，將通過PLC程序電子系統(tǒng)對(duì)裝置的運(yùn)行進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的全自動(dòng)化，這樣就可以節(jié)省人力資源，將更多的人才投入到高技術(shù)含量崗位，實(shí)現(xiàn)整體生產(chǎn)水平的提升。在實(shí)際生產(chǎn)中，PLC控制載體的應(yīng)用可以使自動(dòng)上料裝置有序、高效地完成送料。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在工業(yè)化不斷深入的背景下，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用自動(dòng)上料裝置可以為企業(yè)創(chuàng)造更多的效益，而引入PLC技術(shù)對(duì)自動(dòng)上料裝置進(jìn)行改造設(shè)計(jì)之后，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)裝置運(yùn)行的更精準(zhǔn)控制，使上料、送料更好地配合生產(chǎn)作業(yè)的開展，提高生產(chǎn)效率。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，將會(huì)有越來(lái)越多先進(jìn)技術(shù)涌現(xiàn)，也會(huì)為自動(dòng)化生產(chǎn)注入更大的活力。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]董慧濤.自動(dòng)上料裝置PLC改造研究[J].中國(guó)科技縱橫，2017（1）：58，61.

[2]吳家龍，許光華，李清松，等.基于PLC控制的工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)[J].制造技術(shù)與機(jī)床，2019（5）：153-156.

[3]莊文密，周瑜，田會(huì)峰，等.基于PLC的工業(yè)卷邊機(jī)智能上下料機(jī)械手設(shè)計(jì)[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2017，39（7）：138-141.

[4]王霞.基于PLC控制在上料和下料裝置系統(tǒng)中的使用[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2014（19）：730-731.