基于PLC 控制的自動(dòng)除鐵系統(tǒng)設(shè)計(jì)

(江西漂塘鎢業(yè)有限公司大江選廠,江西大余 341515)

0 引言

礦井下由于礦井工人的生產(chǎn)活動(dòng)經(jīng)常會(huì)遺留一些工業(yè)垃圾,而其中就包括了一些廢棄金屬,比如廢棄的鋼軌、道釘、釬桿、螺絲、鋼筋等,這些大部分為鋼鐵制品,這些廢棄鐵件會(huì)被夾在在礦石中被礦車運(yùn)送到選廠礦石破碎系統(tǒng),后續(xù)則會(huì)進(jìn)入選礦工藝,通常選礦工藝較為復(fù)雜,這些廢棄鐵件會(huì)對(duì)選礦工藝產(chǎn)生一定的干擾,也會(huì)破壞選礦設(shè)備的穩(wěn)定性,影響機(jī)器的日常運(yùn)行。因此,這些夾雜在礦石中的廢棄鐵件必須進(jìn)行及時(shí)清除。本文針對(duì)夾在在礦石中的廢棄鐵件遺留問(wèn)題,設(shè)計(jì)了一套基于S7系列PLC的自動(dòng)除鐵系統(tǒng)裝置,通過(guò)控制機(jī)構(gòu)對(duì)電磁鐵周期性地自動(dòng)控制,將夾雜在礦石中的廢棄鐵件及時(shí)清除[1-2]。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

自動(dòng)除鐵系統(tǒng)主要由檢測(cè)機(jī)構(gòu)(金屬檢測(cè)儀)、控制機(jī)構(gòu)(PLC控制器)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)(步進(jìn)電機(jī)、可移動(dòng)電磁鐵)幾個(gè)模塊構(gòu)成,其功能是夾雜在礦石中的廢棄鐵件進(jìn)行及時(shí)清理,減少后續(xù)礦石處理的干擾,防止選礦設(shè)備損壞,保障日常的生產(chǎn)工作。

該裝置的主要工作原理:井下夾雜著鐵件的礦石從井下運(yùn)送至選廠,經(jīng)破碎后進(jìn)入輸送帶,輸送帶的上方安裝了一個(gè)電磁鐵,電磁鐵下方兩端安裝了一套金屬檢測(cè)儀,其目的是為了檢測(cè)電磁鐵的吸附是否過(guò)度[3]。PLC控制器通過(guò)控制電機(jī)來(lái)移動(dòng)電磁鐵,期間給電磁鐵上磁,磁鐵在輸送帶上方將礦石中夾雜的廢棄金屬進(jìn)行吸附,當(dāng)達(dá)到一定時(shí)長(zhǎng)或者金屬檢測(cè)儀檢測(cè)到吸附過(guò)度后進(jìn)行廢棄鐵件釋放,將廢棄鐵件釋放進(jìn)廢棄金屬倉(cāng),實(shí)現(xiàn)廢棄鐵件的清理。該裝置為一個(gè)閉環(huán)控制,圖1為系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理圖。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理圖Fig.1 Schematic diagram of system design

2 硬件設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的自動(dòng)除鐵系統(tǒng)的硬件模塊主要是金屬檢測(cè)儀、PLC控制器(PLC、觸摸屏、模擬量輸入輸出)、步進(jìn)電機(jī)、移動(dòng)式電磁鐵四個(gè)模塊硬件裝置構(gòu)成。

金屬檢測(cè)儀的主要作用是為了檢測(cè)電磁鐵是否吸附過(guò)度,若電磁鐵吸附過(guò)度,檢測(cè)儀會(huì)把信號(hào)及時(shí)傳遞給PLC,觸發(fā)電磁鐵進(jìn)行廢棄金屬釋放工作。其主要原理是通過(guò)線圈發(fā)射磁場(chǎng),當(dāng)有金屬物質(zhì)進(jìn)入磁場(chǎng)后,會(huì)對(duì)該磁場(chǎng)進(jìn)行干擾,并轉(zhuǎn)換成感應(yīng)電壓,再通過(guò)經(jīng)過(guò)通訊模塊傳遞給PLC控制器,作為系統(tǒng)控制的依據(jù)[4]。

PLC控制器主要包括:PLC、觸摸屏、模擬量輸入輸出。由于整體的控制流程都有PLC主導(dǎo),因此PLC的選型比較重要,本文的PLC模塊選用西門(mén)子S7(Smart)系列,該款PLC的優(yōu)勢(shì)有:

(1)其結(jié)構(gòu)較為緊湊,安裝的時(shí)候不會(huì)占用太大空間。

(2)其擴(kuò)展性較好,有多個(gè)擴(kuò)展模塊,控制規(guī)?？蓮膸c(diǎn)到幾百點(diǎn)。

(3)S7(Smart)的編程軟件是STEP7-Micro/WIN32,該編程軟件可以方便地在Windows環(huán)境下對(duì)PLC編程、調(diào)試、監(jiān)控。使得PLC的編程更加方便、快捷,能夠滿足各種小規(guī)?？刂葡到y(tǒng)的要求。

(4)軟件匹配性較好,可以兼容多種軟件。

數(shù)字量輸入輸出模塊的作用是可將數(shù)字信號(hào)輸入給步進(jìn)電機(jī),以此來(lái)控制電磁鐵的移動(dòng)以及通斷電,再與觸摸屏搭配,可實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互,電機(jī)則采用步進(jìn)電機(jī),因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)適用于閉環(huán)系統(tǒng),且每步的精度在3%到5%,而且不會(huì)將一步的誤差積累到下一步因而有較好的位置精度和運(yùn)動(dòng)的重復(fù)性,價(jià)格相比伺服電機(jī)更為實(shí)惠。配合行程開(kāi)關(guān)檢測(cè)確定電磁鐵運(yùn)動(dòng)極限位置。通斷執(zhí)行機(jī)構(gòu)電磁鐵可采用DX 型流水線除鐵屑吸盤(pán)電磁鐵,該電磁鐵可通過(guò)調(diào)整功率來(lái)調(diào)整電磁鐵的吸附力,并且可快速通電斷電。

移動(dòng)式電磁鐵的作用是將礦石中夾雜的廢棄金屬進(jìn)行吸附,并將吸附的廢棄金屬運(yùn)輸至廢棄金屬倉(cāng)內(nèi),從而達(dá)到一個(gè)清理廢棄金屬的作用,其原理是通過(guò)給線圈通電產(chǎn)生磁力,將電能轉(zhuǎn)換為磁力,該電磁鐵采用滑軌式移動(dòng)安裝方式。

3 軟件設(shè)計(jì)

本文的軟件設(shè)計(jì)是基于STEP7-Micro/WIN32來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)除鐵系統(tǒng)的流程控制,通過(guò)Wincc來(lái)進(jìn)行人機(jī)交互界面的相關(guān)設(shè)計(jì),圖2是整個(gè)軟件的流程設(shè)計(jì)圖。

圖2 軟件設(shè)計(jì)流程圖Fig.2 Software design flow chart

整個(gè)軟件的運(yùn)行原理:首先需要設(shè)置電磁鐵移動(dòng)的起始點(diǎn)和終點(diǎn),起點(diǎn)是輸送帶的開(kāi)始端,而終點(diǎn)則是廢棄金屬倉(cāng)的上端,電磁鐵移動(dòng)每一個(gè)來(lái)回都需要從起點(diǎn)到終點(diǎn),這樣使得電磁鐵在清理的過(guò)程不會(huì)遺漏清理,使得清理效果能夠更完全徹底。軟件的運(yùn)行需要設(shè)定參數(shù)m(金屬檢測(cè)儀信號(hào),當(dāng)電磁鐵吸附過(guò)度時(shí)(m1=1、m2=1、m3=1)),設(shè)定時(shí)間周期(t)達(dá)到30分鐘后釋放廢棄金屬。軟件運(yùn)行后,系統(tǒng)給電磁鐵上電,裝置處于工作狀態(tài),電磁鐵開(kāi)始清理作業(yè),首先需要判定電磁鐵是否吸附過(guò)度,若電磁鐵吸附過(guò)度,需要釋放廢棄金屬,若電鐵未吸附過(guò)度,則繼續(xù)吸附,期間需要通過(guò)金屬檢測(cè)儀的三組信號(hào)判斷是否都為1,若三組信號(hào)都為1,則認(rèn)為電磁鐵吸附廢棄金屬可能達(dá)到飽和,需要立即釋放廢棄金屬來(lái)增加電磁鐵的吸附能力,若三組信號(hào)有一個(gè)沒(méi)有為1,則判定吸附廢棄金屬的仍有作業(yè)余地夠,可停留繼續(xù)吸附廢棄金屬,當(dāng)來(lái)達(dá)到系統(tǒng)設(shè)定的固有周期時(shí)長(zhǎng)后,系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)釋放廢棄金屬至廢棄金屬倉(cāng),并開(kāi)始下一個(gè)吸附周期[5]。

4 結(jié)論

本文利用電磁鐵能夠吸附廢棄鐵件的原理設(shè)計(jì)了一種礦石自動(dòng)除鐵裝置,該設(shè)計(jì)系統(tǒng)是基于西門(mén)子S7Smart PLC 的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)的,系統(tǒng)首先設(shè)定清理參數(shù),再由S7SmartPLC控制器通過(guò)控制步進(jìn)電機(jī),步進(jìn)電機(jī)將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位移,進(jìn)而控制電磁鐵的移動(dòng),期間通過(guò)金屬檢測(cè)儀檢測(cè)電磁鐵是否吸附過(guò)度,若吸附過(guò)度則需要釋放,若未吸附過(guò)度則要經(jīng)過(guò)一個(gè)周期時(shí)長(zhǎng)再釋放廢棄金屬,最終實(shí)現(xiàn)了對(duì)井下礦石中夾雜的廢棄鐵件清理。