基于PLC的砌塊機(jī)電控設(shè)計

俞曉豐，周 民

（武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北武漢 430070）

0 引言

砌塊機(jī)作為近年來建材設(shè)備中，發(fā)展較快的一種，無論在原材料提取，控制系統(tǒng)設(shè)計方面，與原老式設(shè)備相比，都有顯著的提高。它利用爐渣、粉煤灰、煤矸石等固體工業(yè)廢料為原料，取材廣泛，利于資源回收，對環(huán)境的破壞甚少，并引入PLC，觸摸屏技術(shù)[1]，能使設(shè)備的工作狀態(tài)更直觀顯示，且布料均勻，采用變頻技術(shù)，激振力增強(qiáng)，制成品強(qiáng)度高，成型過程周期顯著縮短，有利于大規(guī)模自動化生產(chǎn)，是未來建筑材料設(shè)備的重要發(fā)展方向。

1 工藝流程及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.1 砌塊機(jī)的工藝流程

砌塊機(jī)的工藝流程分為棧板輸送、雙層布料、破供、成型、脫模、彩磚輸出、碼垛和叉車入庫。棧板輸送是由傳送電機(jī)控制，經(jīng)導(dǎo)軌輸送到磚模下方開始布料，面料和底料都是按比例搭配好裝入料斗的，先布置底料，上壓斗下壓，將模具中的底料壓實成型，上壓斗上升，繼而布置面料，上模降并變頻激振，使磚坯壓緊壓實，下模升使成品輸出，由輸送鏈條將彩磚運到升降臺進(jìn)行碼垛，整個設(shè)備的生產(chǎn)工藝圖如圖1所示。

圖1 工藝流程圖

1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

本設(shè)備采用機(jī)、電、液結(jié)合的控制方法，動力系統(tǒng)由傳動鏈電機(jī)M3，大油泵電機(jī)M1，小油泵電機(jī)M2，兩臺變頻電機(jī)M4、M5，砌塊成型機(jī)分為主機(jī)、底料斗、面料斗、供板裝置、傳送臺、升降臺、液壓站和電氣控制柜，同時配有相應(yīng)的行程開關(guān)和接近開關(guān)來檢測信號，液壓傳動系統(tǒng)還包括液壓馬達(dá)和相關(guān)的電磁閥，電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用LG的MASTER-K200的PLC和PMU觸摸屏相結(jié)合，下位機(jī)PLC和上位機(jī)PMU之間以串行RS-232C接口進(jìn)行通訊，能充分滿足設(shè)備工作過程控制狀態(tài)信號的實時性。其主要硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 設(shè)備機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖

1.3 液壓系統(tǒng)

本設(shè)備的液壓系統(tǒng)采用雙泵供油運動回路，系統(tǒng)驅(qū)動過程中有利于保持油壓平穩(wěn)，獨立供油。大油泵為設(shè)備主機(jī)的動力源，執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要包括面料車、面料斗、面料臺、底料斗、底料車、下模和上模；小油泵為升降臺與傳送臺的動力源，執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要包括傳送鏈馬達(dá)、升降臺馬達(dá)和夾緊缸。液壓系統(tǒng)有7個三位四通的電液換向閥，2個二位四通的單向閥，17個控制開關(guān)KA1-KA17分別連接PLC輸出觸點的YA1-YA17，其液壓傳動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖如圖3所示。

2 PLC控制系統(tǒng)與PMU觸摸屏實現(xiàn)

2.1 PLC控制系統(tǒng)

主控單元采用LG MASTER-K200s，最大可擴(kuò)張到512個I/O點數(shù)，支持RS-232C通訊，24 VDC輸入模塊，繼電器輸出模塊(2A)，成型機(jī)有手動調(diào)節(jié)，單循環(huán)，自動循環(huán)。首先進(jìn)行設(shè)備機(jī)電設(shè)備一體聯(lián)，確認(rèn)設(shè)備功能動作的正確性。設(shè)備功能測試正確完善，即測試自動控制模式。油缸和馬達(dá)的運動位置確定是由安裝在設(shè)備中的接近開關(guān)和行程開關(guān)進(jìn)行限制的，設(shè)備上的行程開關(guān)及響應(yīng)功能的接近開關(guān)有底料斗處板子行程開關(guān)、底料斗行程開關(guān)、底料斗處鏈條接近開關(guān)和底料斗翻轉(zhuǎn)接近開關(guān)；模具臺：上模上限

圖3 設(shè)備液壓傳動結(jié)構(gòu)示意圖

位接近開關(guān)，開始振動和振動結(jié)束接近開關(guān)，下模上限位以及下模下限位接近開關(guān)；面料臺：面料臺行程開關(guān)；傳送臺：鏈條行程開關(guān)；升降臺：升降臺夾緊和松開行程開關(guān)，升降臺油缸行程開關(guān)，升降臺自動結(jié)束行程開關(guān)，面料斗翻轉(zhuǎn)接近開關(guān)；整個設(shè)備電氣連接結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

2.2 PLC控制系統(tǒng)軟件實現(xiàn)

LG MASTER-K200s的執(zhí)行實時性高，達(dá)到0.5/step，網(wǎng)絡(luò)功能模塊支持RS232C串口通訊，PLC控制器，PC機(jī)，PMV觸摸屏三者之間通過RS232C串口通訊，編程和調(diào)試環(huán)境采用KGL_WE軟件[2]，支持系統(tǒng)在線編程和監(jiān)控調(diào)試，斷點調(diào)試執(zhí)行等多種優(yōu)點，首先，采用機(jī)、電、液聯(lián)調(diào)試驗確認(rèn)設(shè)備功能的正確性[3]。考慮到現(xiàn)場調(diào)試的安全性，結(jié)合設(shè)備自身特點，先進(jìn)行確認(rèn)安全開關(guān)，即，行程開關(guān)、接近開關(guān)。進(jìn)而進(jìn)行確認(rèn)液壓傳動及電機(jī)傳動機(jī)構(gòu)，完成單動測試，進(jìn)而使用開發(fā)環(huán)境KGL_WE進(jìn)行在線監(jiān)測聯(lián)動，完成機(jī)、電、液聯(lián)調(diào)。確認(rèn)設(shè)備具有相關(guān)的功能之后，再根據(jù)設(shè)計工藝，優(yōu)化相關(guān)的功能參數(shù)，安全、高效地完成相關(guān)混合料的試驗制造。通過機(jī)電液聯(lián)調(diào)后即可采用自動控制模式進(jìn)行自動化批量生產(chǎn)。整個控制模塊與控制器的I/O地址分配如圖5所示。

現(xiàn)以設(shè)備機(jī)械振動功能部分編寫軟件，控制狀態(tài)S00.05，手動控制部分的梯形圖程序如圖6所示。

圖4 電氣連接結(jié)構(gòu)圖

其中M0020是自動循環(huán)的輔助寄存器，并聯(lián)手動振動按鈕P0002，可同時控制變頻器的啟動和接觸繼電器，實現(xiàn)電機(jī)開始振動，采用置位SET指令來控制上模下降及振動功能的起停，其中P003B位面料車原位觸點，T0005是面料車進(jìn)到位延時定時器。

最后編寫置位后各個寄存器、定時器以及輸出觸點的情況，以滿足機(jī)構(gòu)的振動動作。

3 結(jié)束語

圖5 I/O地址分配圖

圖6 梯形圖

自QTF9-20型砌塊/彩磚自動化成型機(jī)生產(chǎn)線正式投產(chǎn)以來，大幅度提高了建筑資源的有效利用，保證安全生產(chǎn)的同時，提高了生產(chǎn)效率，減少了工作強(qiáng)度，其相關(guān)產(chǎn)品質(zhì)量滿足社會的要求。

［1］仲崇生.QTY6_15型全自動混凝土砌塊成型機(jī)的設(shè)計［J］.建筑砌塊與砌塊建筑，2007（3）：43-45.

［2］LG產(chǎn)電.LG可編程邏輯控制器MASTER-K200S系列用戶手冊［Z］.2010.

［3］姜繼海，宋錦春，高常識.液壓與氣壓傳動 ［M］.北京：高等教育出版社，2009.