基于PLC控制的窯尾多規格分級落磚設備

胡國緯

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

關鍵詞：PLC；變頻驅動系統；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，大規格瓷磚，單件質量重，例如，常見的800 mm×800 mm磚，單件就有15 kg重。在窯尾連續撿磚，是一項重體力勞動。

工人在這種高溫的環境下進行繁重的作業，體力消耗較大，容易出現體力透支、高溫中暑等現象。

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

為了解決這些難題，本文應用PLC 自動化控制技術，結合實際生產。不斷改進優化方案，摸索總結出了以下成功解決方案，既減輕工人的勞動強度，又可提高經濟效益。

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

2 窯尾多規格分級落磚機的技術指標

本次使用的設備可以生產多個規格的瓷磚，主要可生產以下四種規格的瓷磚，分別是：1200 mm×600 mm；900 mm×450 mm；800 mm×800 mm；600 mm×600 mm，因此，設計時整線需考慮調節轉產功能。

要實現分級落磚功能，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

入口分級系統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，而設計了這套入口對中裝置。該裝置主要由兩個氣缸、四個導輪及其它組件組成。它們分別位于來磚方向的左右兩邊，每邊一個氣缸，兩個導輪。

兩個氣缸是同時動作的，調機時，中間放一片需對中的瓷磚，使兩個氣缸同時伸出，四個導輪剛好壓穩瓷磚的左右兩邊為好。在入磚方向上，瓷磚的中心線應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和一個熒光光電開關及固定支架等組成。普通光電開關負責檢測瓷磚的有無，熒光光電開關負責檢測瓷磚上熒光筆的畫線。兩者信號配合，經過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

該系統由抬起裝置、斜坡傳動機構、疊磚升降裝置組成。

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

當瓷磚片數檢測光電開關常亮時，疊磚升降裝置降下，使瓷磚進入到下層傳動及出磚系統。當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

該系統包括下層傳動、出磚升降、出磚推磚、出磚傳動及出口夾磚五個子系統組成。

下層傳動和出磚傳動在沒磚到的情況下可以常轉，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。疊磚系統疊好磚，降下后，抬起裝置將不再抬起。這樣設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

該系統是該套設備中最核心、最復雜的系統。系統包括小車的翻磚傳動皮帶，該皮帶可以前、后兩個方向傳動，以適應前、后翻磚的需要；相對應的還有小車的前、后翻磚子系統和小車的前、后移系統。

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；當后磚架落滿磚后，小車又會自動到前磚架工作。如此，實現前、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位，都可進行手動操作，以便對每個裝置單獨調整、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的要求完成循環運行。

2.7 自動過磚

當不需要該分級落磚單元工作時，可在人機介面設定，當可分級的“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控制系統設計

根據以上技術指標和控制要求，該套落磚單元共有四個系統和三個工作模式，且該設備通常要一個PLC系統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系統控制系統，該套PLC系統可同時控制兩套這樣的落磚單元。

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

3.1 數字量輸入部分

輸入地址分配如表1所示。

3.2 數字量輸出部分

輸出地址分配如表2所示。

4 各技術指標的實現

4.1 入口分級系統的設計

該技術指標已在2.1中做了初步的介紹，在我們實際生產調試的過程中，在人機介面上增加了都可以設定要落磚的級別的選項，這樣設計可以使設備的應用更加靈活。

如圖2所示，當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，夾磚氣缸復位，完成入口夾磚。

當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，結束T0計時；0.09點ON，結束T1計時。如果在過磚的過程中，0.09點均未出現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。該系統的部分程序如下所示（指令表格式）：

4.2 抬起及疊磚系統的設計

該系統已在2.2中做了初步的介紹，當入口分級系統檢測出來磚的級別后，這個來磚的級別與該落磚單元設定的級別相比，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#落磚疊磚位疊磚數量的增加，當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變為OFF，延時0.5 s后，1#疊磚升降升起，完成復位，可以再次接磚。

該系統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的設計

如圖4所示，當抬起及疊磚系統疊好的磚傳到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1#下層推磚到位0.01點ON時，1#下層推磚氣缸立刻復位，完成一次1#下層推磚動作。當1#下層推磚復位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OFF，1#下層出磚升復位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的設計：

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。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。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，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1#出磚電眼2對應的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1#前翻磚到位1.07點ON，延時0.8 s，1#翻磚前后傳動M5變為低速向前傳動，這個低速運行的時間可以在人機介面設定。當低速運行時間到，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定，當1#前翻磚時間到，1#前翻磚103.01點OFF，1#前翻磚復位1.06點ON，1#前翻磚復位完成。至此，完成1#前翻磚動作過程，等待下次來磚，繼續循環運行。

1#小車前落磚工位的部分程序如表5所示。

5 結束語

該設備自去年設計成功以來，經過了實際生產使用的考驗，同時對暴露出來的問題進行了不斷的改進。現在，系統運行穩定，效果良好，是窯尾多規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、借鑒。

參考文獻

[1] 李明河.可編程控制器原理與應用[M].合肥：合肥工業大學出版社，2010.

[2] 鐘肇新編.可編程控制器原理及應用[M].廣州：華南理工大學出版社，1999.