臺(tái)車式拋噴丸清理機(jī)智能電控系統(tǒng)

李長(zhǎng)泰，滕晶晶，高 磊，孫林林

（1.青島雙星裝備制造有限公司，山東青島 266400；2.青島伊克斯達(dá)智能裝備有限公司，山東青島 266400；3.雙星漯河中原機(jī)械有限公司，河南漯河 462300）

1 前言

隨著經(jīng)濟(jì)全球化的加深，我國(guó)的科技水平和經(jīng)濟(jì)水平也得到了更好、更快的發(fā)展，與此同時(shí)鑄造行業(yè)也面臨了相當(dāng)激烈的生產(chǎn)競(jìng)爭(zhēng)，如何在相同勞動(dòng)力下更好更快的生產(chǎn)出更多滿足工藝需求的鑄件成為了關(guān)鍵。清理機(jī)就是為了滿足用戶特定工藝要求而設(shè)計(jì)的專用設(shè)備，該設(shè)備能快速、有效、安全的清理鑄件，而其中的臺(tái)車式拋噴丸清理機(jī)適合于鍛鐵件、鑄鋼件、鍛件及板焊件的拋噴丸清理，以去掉工件表面上的粘砂、鐵銹、氧化皮、污物等，使工件表面滿足生產(chǎn)工藝要求，提高工件抗疲勞性能，增加工件噴漆時(shí)的漆膜附著力，并最終達(dá)到提高工件表面及內(nèi)在質(zhì)量的目的。臺(tái)車式拋噴丸清理機(jī)同時(shí)帶有噴丸機(jī)構(gòu)對(duì)工件進(jìn)行有目標(biāo)補(bǔ)充清理，達(dá)到滿足生產(chǎn)工藝要求的目的。

2 臺(tái)車式拋噴丸清理機(jī)簡(jiǎn)介

臺(tái)車式拋噴丸清理機(jī)主要由臺(tái)車輸送系統(tǒng)、拋丸清理系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)、噴丸系統(tǒng)和電控系統(tǒng)組成。臺(tái)車輸送系統(tǒng)主要是臺(tái)車的變頻調(diào)速和臺(tái)車的正反轉(zhuǎn)，臺(tái)車輸送采用變頻調(diào)速，使臺(tái)車達(dá)到合理速度，平穩(wěn)進(jìn)出，而臺(tái)車正反轉(zhuǎn)是為了讓鑄件表面清理的更全面，更徹底；拋丸清理系統(tǒng)主要有拋丸器、清理室、提升機(jī)、分離器、螺旋輸送器、供丸系統(tǒng)等組成；除塵系統(tǒng)由風(fēng)機(jī)、脈沖袋式除塵器、排塵管路、脈沖控制儀等組成，清理室側(cè)面及上方都有除塵口，能將清理過(guò)程產(chǎn)生的灰塵及顆粒吸走；噴丸系統(tǒng)是通過(guò)噴丸罐的幾個(gè)電磁閥控制氣壓及閥門，讓鋼丸通過(guò)噴槍噴射到鑄件表面進(jìn)行補(bǔ)充清理；電控系統(tǒng)嚴(yán)格按照工藝流程自動(dòng)控制清理的整個(gè)過(guò)程。臺(tái)車式拋噴丸清理機(jī)如圖1 所示。

圖1 臺(tái)車式拋噴丸清理機(jī)結(jié)構(gòu)

在清理過(guò)程中，由變頻器帶動(dòng)的臺(tái)車將鑄件運(yùn)送到清理室指定位置，關(guān)閉大門后，臺(tái)車自轉(zhuǎn)，其上面的鑄件受到不同方向拋丸器拋射出鋼丸的打擊,快速有效的使鑄件表面的鐵銹和污物脫落，鑄件表面滿足生產(chǎn)工藝需要。在拋丸過(guò)程中，掉落下來(lái)的灰塵鋼丸的混合物經(jīng)清理室的漏斗，通過(guò)螺旋輸送器和提升機(jī)提升至分離器上，最后分離出有效的鋼丸落入料斗中，為下一次清理提供有效鋼丸。清理過(guò)程產(chǎn)生的灰塵通過(guò)除塵口，進(jìn)入到除塵系統(tǒng)中，經(jīng)處理合格后排放到大氣中。清理完成的工件通過(guò)臺(tái)車運(yùn)輸出來(lái)，此次清理過(guò)程結(jié)束。

3 臺(tái)車式拋噴丸清理機(jī)智能電控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)劃

臺(tái)車式拋噴丸清理機(jī)控制系統(tǒng)主要有PLC控制器、變頻器、觸摸屏、執(zhí)行裝置以及各種低壓電氣元件組成，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2。

圖2 控制系統(tǒng)硬件圖框

電控系統(tǒng)選用西門子S7-1200 系列PLC[1]作為程序控制中心，經(jīng)估算需要40 個(gè)輸入點(diǎn)，36 個(gè)輸出點(diǎn)，為了便于擴(kuò)展，留有一定裕度的輸入、輸出點(diǎn)，選用西門子CPU 1215C 以及兩個(gè)16 輸入/輸出模塊；選用西門子精智型TP900 觸摸屏[2]，與PLC 進(jìn)行Profinet 通訊，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控、參數(shù)修改及人機(jī)對(duì)話功能；為確?，F(xiàn)場(chǎng)臺(tái)車載物能平穩(wěn)安全進(jìn)入清理室，采用西門子V20 變頻器調(diào)速，PLC 通過(guò)USS 協(xié)議通訊控制其運(yùn)行速度，保證臺(tái)車的平穩(wěn)性，本次設(shè)計(jì)了臺(tái)車的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)功能，使鑄件能更全面的清理；其他現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備都通過(guò)低壓元器件來(lái)驅(qū)動(dòng)。

3.1 控制系統(tǒng)的主線路設(shè)計(jì)

電機(jī)主線路主要有除塵風(fēng)機(jī)、分離器、提升機(jī)、螺旋輸送器、臺(tái)車行走、臺(tái)車正/反轉(zhuǎn)、拋丸器等電路。除塵風(fēng)機(jī)主要是負(fù)責(zé)拋丸清理中的通風(fēng)、除塵；分離器、提升機(jī)和螺旋輸送器組成了彈丸循環(huán)系統(tǒng)，主要是把彈丸通過(guò)此系統(tǒng)循環(huán)到分離器下方的漏斗中，方便下一次清理使用；臺(tái)車行走主要是運(yùn)輸鑄件到達(dá)指定區(qū)域；臺(tái)車正/反轉(zhuǎn)是為了鑄件清理的更全面、徹底；拋丸器用來(lái)對(duì)鑄件進(jìn)行拋打除銹。由于設(shè)備電機(jī)較多，這里就展示除塵風(fēng)機(jī)和拋丸器主線路，如圖3 所示。

3.2 控制系統(tǒng)的控制線路設(shè)計(jì)

控制線路主要是各個(gè)電機(jī)的控制線路、室體照明燈、供丸閘、脈沖控制儀、PLC 電源、控制室體左右大門開關(guān)的閥門、設(shè)備運(yùn)行指示、PLC 線路中各個(gè)設(shè)備的開關(guān)量、設(shè)備過(guò)載、設(shè)備運(yùn)行的一些檢測(cè)限位以及驅(qū)動(dòng)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的中間繼電器等，這里就以除塵風(fēng)機(jī)和拋丸器做簡(jiǎn)單介紹，如圖4 所示。

PLC 接收到除塵風(fēng)機(jī)開的信號(hào)經(jīng)過(guò)處理讓中間繼電器KA1Y 得電→KA1Y 輔助觸點(diǎn)吸合→交流接觸器KM1Y 線圈得電→KM1Y 輔助觸點(diǎn)吸合→KM1 線圈得電→主線路中KM1 和KM1Y 主觸點(diǎn)閉合→經(jīng)PLC 控制，15s 以后，KA1Y 失電斷開，KA1Δ 得電→KA1Δ 輔助觸點(diǎn)吸合→KM1Δ 線圈得電→KM1 線圈得電不變，主線路中KM1 和KM1Δ 主觸點(diǎn)閉合→除塵風(fēng)機(jī)Y/Δ 啟動(dòng)完成。

PLC 接收到1 號(hào)拋丸器開信號(hào)經(jīng)處理，中間繼電器KA12 得電→KA12 輔助觸點(diǎn)吸合→交流接觸器KM12 線圈得電→1 號(hào)拋丸器主線路中KM12 主觸點(diǎn)閉合→設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)。

如果設(shè)備運(yùn)行時(shí)，電機(jī)出現(xiàn)過(guò)載、短路和漏電情況，電機(jī)保護(hù)開關(guān)會(huì)跳閘，PLC 檢測(cè)到故障，聲光報(bào)警燈工作，等待現(xiàn)場(chǎng)人員處理。

3.3 控制系統(tǒng)的人機(jī)界面設(shè)計(jì)

圖3 除塵風(fēng)機(jī)及拋丸器原理圖

本系統(tǒng)選用了西門子TP900 的觸摸屏,通過(guò)網(wǎng)口與PLC 相連，人機(jī)界面主要包括：系統(tǒng)畫面、主畫面、手動(dòng)操作、操作說(shuō)明、報(bào)警查詢及報(bào)警復(fù)位等畫面組成。其中主畫面能夠?qū)崟r(shí)顯示設(shè)備的運(yùn)行情況，并可以調(diào)節(jié)臺(tái)車的頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)臺(tái)車的平穩(wěn)運(yùn)行，還設(shè)有清理時(shí)間設(shè)定和清理實(shí)時(shí)時(shí)間監(jiān)控，能更好的掌握清理過(guò)程和時(shí)間,主畫面如圖5 所示。

操作畫面能根據(jù)畫面上的按鈕來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)和停止，方便檢修時(shí)操作，節(jié)省空間成本,如圖6 所示。

4 臺(tái)車式拋噴丸清理機(jī)程序控制

程序控制主要包括系統(tǒng)總控制、按鈕盒控制、噴丸罐控制和故障報(bào)警控制。系統(tǒng)總控制主要是在電控柜上面操作和控制，觸摸屏上能實(shí)現(xiàn)大部分的設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)，還有部分按鈕和旋鈕來(lái)控制系統(tǒng)的手動(dòng)/自動(dòng)、拋丸/噴丸、電源開關(guān)和自動(dòng)系統(tǒng)的開始與停止；按鈕盒控制是操作一些清理過(guò)程中比較頻繁使用的設(shè)備，如清理室左右大門的開關(guān)及開關(guān)檢測(cè)、臺(tái)車的行走和自轉(zhuǎn)；噴丸罐控制主要是通過(guò)遙控器發(fā)出信號(hào)，控制閥門通斷氣壓，來(lái)實(shí)現(xiàn)鑄件的噴丸過(guò)程；故障報(bào)警控制是通過(guò)聲光報(bào)警燈來(lái)提示設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，通過(guò)觸摸屏報(bào)警畫面來(lái)精準(zhǔn)查找。

圖4 除塵風(fēng)機(jī)及1 號(hào)拋丸器控制線路

圖5 主畫面

設(shè)備運(yùn)行的步驟設(shè)計(jì)包含：準(zhǔn)備工作，清理過(guò)程，停止工作。準(zhǔn)備工作和清理過(guò)程如圖7 所示。

圖6 操作畫面

圖7 準(zhǔn)備工作和清理過(guò)程

設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)之前，先手動(dòng)選擇噴丸模式、自動(dòng)模式，在觸摸屏上設(shè)置好清理時(shí)間，按下自動(dòng)開始，除塵風(fēng)機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)，15s 以后分離器自動(dòng)啟動(dòng)，5s以后提升機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)，5s 以后螺旋輸送自動(dòng)啟動(dòng)，3s 以后右大門打開，3s 以后左大門自動(dòng)打開，準(zhǔn)備工作完成。

當(dāng)需要清理的鑄件放到臺(tái)車上時(shí)，在按鈕盒上按下臺(tái)車進(jìn)按鈕，臺(tái)車平穩(wěn)前進(jìn)，到達(dá)清理室碰到停止限位臺(tái)車停止，延時(shí)3s 左大門自動(dòng)關(guān)，延時(shí)3s 右大門自動(dòng)關(guān)，延時(shí)5s 1 號(hào)拋丸器自動(dòng)開啟，延時(shí)5s 2 號(hào)拋丸器自動(dòng)開啟，延時(shí)5s 3 號(hào)拋丸器自動(dòng)開啟，延時(shí)5s 4 號(hào)拋丸器自動(dòng)開啟，延時(shí)5s 1～4 號(hào)供丸閘自動(dòng)打開，臺(tái)車正轉(zhuǎn)運(yùn)行，開始清理設(shè)備。當(dāng)清理時(shí)間到達(dá)設(shè)定時(shí)間一半時(shí)，臺(tái)車開始反轉(zhuǎn)運(yùn)行，當(dāng)清理時(shí)間達(dá)到設(shè)定值時(shí)，1～4號(hào)供丸閘關(guān)閉，延時(shí)10s 1～4 號(hào)拋丸器停止，延時(shí)10s 右大門打開，延時(shí)3s 左大門自動(dòng)打開，延時(shí)10s 臺(tái)車自動(dòng)退出清理室，到達(dá)準(zhǔn)備區(qū)停止，清理過(guò)程完成，等待下次清理過(guò)程開始。

當(dāng)需要設(shè)備停止工作時(shí)，等到本次清理過(guò)程結(jié)束，在電控柜上按下自動(dòng)停止按鈕，螺旋輸送器自動(dòng)關(guān)閉，延時(shí)20s 提升機(jī)自動(dòng)關(guān)閉，延時(shí)10s 分離器停止工作，整個(gè)設(shè)備停止工作，關(guān)閉PLC 電源、控制電源、總電源，停止步驟完成。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文主要介紹了基于西門子S7-1200 PLC、TP900 觸摸屏、V20 變頻器的臺(tái)車式拋噴丸清理機(jī)的智能電控系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)具有可視化監(jiān)控顯示畫面，故障提示、設(shè)備保護(hù)和檢測(cè)功能，實(shí)現(xiàn)了鑄件清理過(guò)程的自動(dòng)化控制。該系統(tǒng)邏輯處理過(guò)程復(fù)雜，收集參數(shù)較多，操作方式多樣化，提高了設(shè)備的自動(dòng)化程度、生產(chǎn)效率以及清理效果，節(jié)省了人工成本，清理的鑄件符合其生產(chǎn)工藝要求。該設(shè)備在國(guó)內(nèi)使用情況良好，適合大量推廣應(yīng)用。