基于PLC控制的窯尾多規(guī)格分級(jí)落磚設(shè)備

胡國(guó)緯

摘 要：本文著重從系統(tǒng)組成、系統(tǒng)設(shè)計(jì)及程序編寫(xiě)三方面，介紹利用可編程控制器（PLC）和變頻器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)窯尾分級(jí)落磚的自動(dòng)化控制，對(duì)減少人工及工作強(qiáng)度、提高產(chǎn)品質(zhì)量、增強(qiáng)陶瓷行業(yè)現(xiàn)代化管理水平具有廣泛意義。

關(guān)鍵詞：PLC；變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；窯尾分級(jí)落磚

1 前言

以前，很多廠家的窯尾分級(jí)落磚是人工完成的。工人把不同級(jí)別的瓷磚，人工分別堆放在磚架上。在這個(gè)工序中，有兩個(gè)顯著特點(diǎn)：

第一，磚體溫度高，通常窯尾撿磚時(shí)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(guī)格瓷磚，單件質(zhì)量重，例如，常見(jiàn)的800 mm×800 mm磚，單件就有15 kg重。在窯尾連續(xù)撿磚，是一項(xiàng)重體力勞動(dòng)。

工人在這種高溫的環(huán)境下進(jìn)行繁重的作業(yè)，體力消耗較大，容易出現(xiàn)體力透支、高溫中暑等現(xiàn)象。

然而，以前的窯尾落磚機(jī)大多沒(méi)有分級(jí)功能，且通常不具備可轉(zhuǎn)換落多規(guī)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(yīng)用PLC 自動(dòng)化控制技術(shù)，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)。不斷改進(jìn)優(yōu)化方案，摸索總結(jié)出了以下成功解決方案，既減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，又可提高經(jīng)濟(jì)效益。

以下就基于PLC的窯尾多規(guī)格分級(jí)落磚解決方案的系統(tǒng)組成和控制方面進(jìn)行闡述，并說(shuō)明了系統(tǒng)的工作流程，希望能給同行們以探討、借鑒。

2 窯尾多規(guī)格分級(jí)落磚機(jī)的技術(shù)指標(biāo)

本次使用的設(shè)備可以生產(chǎn)多個(gè)規(guī)格的瓷磚，主要可生產(chǎn)以下四種規(guī)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(shè)計(jì)時(shí)整線需考慮調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)產(chǎn)功能。

要實(shí)現(xiàn)分級(jí)落磚功能，就須安裝多套分級(jí)落磚單元，每套分級(jí)落磚單元的機(jī)構(gòu)組成和工作流程都是一樣的。在這里，只對(duì)其中的一套分級(jí)落磚單元進(jìn)行闡述。

2.1 入口分級(jí)系統(tǒng)

入口分級(jí)系統(tǒng)由入口對(duì)中裝置和分級(jí)裝置兩部

組成。

為了確保每次來(lái)磚都能垂直平順地進(jìn)入分級(jí)裝置，而設(shè)計(jì)了這套入口對(duì)中裝置。該裝置主要由兩個(gè)氣缸、四個(gè)導(dǎo)輪及其它組件組成。它們分別位于來(lái)磚方向的左右兩邊，每邊一個(gè)氣缸，兩個(gè)導(dǎo)輪。

兩個(gè)氣缸是同時(shí)動(dòng)作的，調(diào)機(jī)時(shí)，中間放一片需對(duì)中的瓷磚，使兩個(gè)氣缸同時(shí)伸出，四個(gè)導(dǎo)輪剛好壓穩(wěn)瓷磚的左右兩邊為好。在入磚方向上，瓷磚的中心線應(yīng)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(diào)整左右氣缸的行程，使之重合。

分級(jí)裝置由一個(gè)普通光電開(kāi)關(guān)和一個(gè)熒光光電開(kāi)關(guān)及固定支架等組成。普通光電開(kāi)關(guān)負(fù)責(zé)檢測(cè)瓷磚的有無(wú)，熒光光電開(kāi)關(guān)負(fù)責(zé)檢測(cè)瓷磚上熒光筆的畫(huà)線。兩者信號(hào)配合，經(jīng)過(guò)PLC軟件處理，來(lái)判斷熒光線在瓷磚上的位置。如果瓷磚沒(méi)有熒光線，則該瓷磚為一級(jí)；如果熒光線在瓷磚的前邊沿，則該瓷磚為二級(jí)；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(tǒng)

該系統(tǒng)由抬起裝置、斜坡傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、疊磚升降裝置組成。

該系統(tǒng)由入口分級(jí)系統(tǒng)判斷的瓷磚級(jí)別和該套落磚單元介面設(shè)定的落磚級(jí)別對(duì)比，如果相同，則抬起裝置抬起，使該瓷磚經(jīng)過(guò)斜坡傳動(dòng)機(jī)構(gòu)落到疊磚升降裝置上，當(dāng)該瓷磚傳動(dòng)到斜坡傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上時(shí)，抬起裝置即可落下，準(zhǔn)備好上層的過(guò)磚或下層動(dòng)作。

當(dāng)瓷磚片數(shù)檢測(cè)光電開(kāi)關(guān)常亮?xí)r，疊磚升降裝置降下，使瓷磚進(jìn)入到下層傳動(dòng)及出磚系統(tǒng)。當(dāng)瓷磚完全離開(kāi)疊磚升降裝置后，疊磚升降裝置抬起，進(jìn)行下一輪的疊磚。

2.3 下層傳動(dòng)及出磚系統(tǒng)

該系統(tǒng)包括下層傳動(dòng)、出磚升降、出磚推磚、出磚傳動(dòng)及出口夾磚五個(gè)子系統(tǒng)組成。

下層傳動(dòng)和出磚傳動(dòng)在沒(méi)磚到的情況下可以常轉(zhuǎn)，但是在出口夾磚位有磚時(shí)，出磚傳動(dòng)位再有磚時(shí)，就要停止。此時(shí)，如果出磚升降位也有磚，下層傳動(dòng)就要停止。疊磚系統(tǒng)疊好磚，降下后，抬起裝置將不再抬起。這樣設(shè)計(jì)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(shí)氣缸動(dòng)作，推一下瓷磚。這樣設(shè)計(jì)的目的主要是考慮到，要保證較小的瓷磚可順利傳動(dòng)到出磚皮帶上。

2.4 小車(chē)前后移及前后翻磚系統(tǒng)

該系統(tǒng)是該套設(shè)備中最核心、最復(fù)雜的系統(tǒng)。系統(tǒng)包括小車(chē)的翻磚傳動(dòng)皮帶，該皮帶可以前、后兩個(gè)方向傳動(dòng)，以適應(yīng)前、后翻磚的需要；相對(duì)應(yīng)的還有小車(chē)的前、后翻磚子系統(tǒng)和小車(chē)的前、后移系統(tǒng)。

因?yàn)槊總€(gè)分級(jí)落磚單元有兩個(gè)落磚工位，分別為前落磚工位和后落磚工位，分別對(duì)應(yīng)前、后磚架。如前磚架落磚滿(mǎn)了，小車(chē)就會(huì)自動(dòng)到后磚架工作，此時(shí)，工人可以用叉車(chē)叉走前磚架的磚，換上空磚架；當(dāng)后磚架落滿(mǎn)磚后，小車(chē)又會(huì)自動(dòng)到前磚架工作。如此，實(shí)現(xiàn)前、后磚架輪流不間斷工作。

2.5 手動(dòng)控制

對(duì)每臺(tái)電機(jī)的運(yùn)行與停止，每個(gè)氣缸的動(dòng)作與復(fù)位，都可進(jìn)行手動(dòng)操作，以便對(duì)每個(gè)裝置單獨(dú)調(diào)整、檢修或排除故障使用。

2.6 自動(dòng)控制

自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，可按照上述2.1～2.4的要求完成循環(huán)運(yùn)行。

2.7 自動(dòng)過(guò)磚

當(dāng)不需要該分級(jí)落磚單元工作時(shí)，可在人機(jī)介面設(shè)定，當(dāng)可分級(jí)的“一等品、二等品、次品”三種級(jí)別都不選定時(shí)，將沒(méi)有任何級(jí)別的瓷磚會(huì)從該落磚單元落磚。此時(shí)，經(jīng)過(guò)該分級(jí)落磚單元的全部瓷磚就可以傳動(dòng)到下面的分級(jí)落磚單元，進(jìn)行分級(jí)落磚，從而完成自動(dòng)過(guò)磚功能。

3 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)以上技術(shù)指標(biāo)和控制要求，該套落磚單元共有四個(gè)系統(tǒng)和三個(gè)工作模式，且該設(shè)備通常要一個(gè)PLC系統(tǒng)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(gè)40點(diǎn)的I/O擴(kuò)展模塊CP1W-40EDT。這樣就組成一個(gè)共160個(gè)I/O點(diǎn)的PLC系統(tǒng)控制系統(tǒng)，該套PLC系統(tǒng)可同時(shí)控制兩套這樣的落磚單元。

由于該套PLC系統(tǒng)所控制的1#、2#落磚單元是相同的，故在這里只對(duì)該套PLC系統(tǒng)中的1#落磚單元進(jìn)行闡述。

3.1 數(shù)字量輸入部分

輸入地址分配如表1所示。

3.2 數(shù)字量輸出部分

輸出地址分配如表2所示。

4 各技術(shù)指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)

4.1 入口分級(jí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

該技術(shù)指標(biāo)已在2.1中做了初步的介紹，在我們實(shí)際生產(chǎn)調(diào)試的過(guò)程中，在人機(jī)介面上增加了都可以設(shè)定要落磚的級(jí)別的選項(xiàng)，這樣設(shè)計(jì)可以使設(shè)備的應(yīng)用更加靈活。

如圖2所示，當(dāng)0.06點(diǎn)ON時(shí)，延時(shí)0.3 s，入口夾磚氣缸102.00點(diǎn)ON，該點(diǎn)ON后，開(kāi)始計(jì)時(shí)0.8 s，時(shí)間到，101.04點(diǎn)OFF，夾磚氣缸復(fù)位，完成入口夾磚。

當(dāng)1#配合熒光檢測(cè)光電0.10點(diǎn)ON時(shí)，開(kāi)始計(jì)時(shí)，總時(shí)間T0和前邊沿到熒光線所用時(shí)間T1，同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，0.10點(diǎn)ON，結(jié)束T0計(jì)時(shí)；0.09點(diǎn)ON，結(jié)束T1計(jì)時(shí)。如果在過(guò)磚的過(guò)程中，0.09點(diǎn)均未出現(xiàn)ON（即未檢測(cè)到熒光線），則該磚為一級(jí)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(tǒng)的部分程序如下所示（指令表格式）：

4.2 抬起及疊磚系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)已在2.2中做了初步的介紹，當(dāng)入口分級(jí)系統(tǒng)檢測(cè)出來(lái)磚的級(jí)別后，這個(gè)來(lái)磚的級(jí)別與該落磚單元設(shè)定的級(jí)別相比，如果相同，如圖3所示，則102.01點(diǎn)ON，1#過(guò)磚升降氣缸動(dòng)作，過(guò)磚升抬起，來(lái)磚進(jìn)入M2電機(jī)1#斜坡傳動(dòng)段，經(jīng)過(guò)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(shù)量的增加，當(dāng)1#疊磚到位光電1.00點(diǎn)ON時(shí)，延時(shí)1秒后，1#疊磚升降102.02點(diǎn)OFF，1#疊磚升降降下，延時(shí)0.5 s后，1#下層入磚M3電機(jī)控制輸出點(diǎn)101.02點(diǎn)ON，M3電機(jī)傳動(dòng)，1#斜坡光電0.11點(diǎn)由ON變?yōu)镺FF，延時(shí)0.5 s后，1#疊磚升降升起，完成復(fù)位，可以再次接磚。

該系統(tǒng)的部分程序如下所示（指令表格式）：

4.3 下層傳動(dòng)及出磚系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

如圖4所示，當(dāng)抬起及疊磚系統(tǒng)疊好的磚傳到1#下層出磚到位，即1.01點(diǎn)ON時(shí)，延時(shí)0.6 s后，1#下層入磚傳動(dòng)M3停止，同時(shí)1#下層出磚升氣缸102.03點(diǎn)ON，當(dāng)1#下磚出磚升到位1.02點(diǎn)ON時(shí)，如果此時(shí)1#出磚傳動(dòng)M4的控制點(diǎn)101.03點(diǎn)也ON時(shí)，則1#下層推磚氣缸動(dòng)作，當(dāng)1#下層推磚到位0.01點(diǎn)ON時(shí)，1#下層推磚氣缸立刻復(fù)位，完成一次1#下層推磚動(dòng)作。當(dāng)1#下層推磚復(fù)位0.02點(diǎn)OFF，如果此時(shí)1#下層出磚到位1.01點(diǎn)也OFF，1#下層出磚升103.03點(diǎn)就可以O(shè)FF，1#下層出磚升復(fù)位1.03點(diǎn)ON，此時(shí)就可以充許1#下層入磚傳動(dòng)M3再次傳動(dòng)，進(jìn)行下一次的出磚。

4.4 小車(chē)前后移及前后翻磚系統(tǒng)的設(shè)計(jì)：

如圖5所示，每一個(gè)落磚單元分為前、后兩個(gè)落磚工位，前、后兩個(gè)工位中任何一個(gè)工位先有磚架，延時(shí)3 s 后，該工作就先處于工作狀態(tài)。如果上電后，第一次開(kāi)機(jī)，前、后工位都有磚架，則前工位先處于工作狀態(tài)。前、后兩個(gè)工位的工作過(guò)程相似，故在這里只對(duì)1#小車(chē)前工位的工作過(guò)程做闡述。

前工位處于工作狀態(tài)，則落磚小車(chē)就前移，如果前磚架上無(wú)磚，則小車(chē)就會(huì)前移到1#車(chē)的前位1.11點(diǎn)ON，然后，小車(chē)前移停止，等待來(lái)磚；如果前磚架上已有磚，則1#小車(chē)就會(huì)前移到1#小車(chē)前落磚后退電眼1.08點(diǎn)ON時(shí)，1#小車(chē)停止前移，延時(shí)2 s，1#小車(chē)后退至1#小車(chē)前落磚后退電眼1.08點(diǎn)OFF時(shí)，1#小車(chē)停止后退，等待來(lái)磚。

當(dāng)1#出磚電眼2對(duì)應(yīng)的1.05點(diǎn)ON時(shí)，延時(shí)1秒，開(kāi)始出口夾磚，出口夾磚動(dòng)作1.2 s，復(fù)位，再延時(shí)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(dòng)M5向前傳動(dòng)，當(dāng)1#前翻磚到位1.07點(diǎn)ON，延時(shí)0.8 s，1#翻磚前后傳動(dòng)M5變?yōu)榈退傧蚯皞鲃?dòng)，這個(gè)低速運(yùn)行的時(shí)間可以在人機(jī)介面設(shè)定。當(dāng)?shù)退龠\(yùn)行時(shí)間到，M5停止運(yùn)行，開(kāi)始翻磚，即1#前翻磚103.01點(diǎn)ON，1#前翻磚ON的時(shí)間也可以在人機(jī)介面設(shè)定，當(dāng)1#前翻磚時(shí)間到，1#前翻磚103.01點(diǎn)OFF，1#前翻磚復(fù)位1.06點(diǎn)ON，1#前翻磚復(fù)位完成。至此，完成1#前翻磚動(dòng)作過(guò)程，等待下次來(lái)磚，繼續(xù)循環(huán)運(yùn)行。

1#小車(chē)前落磚工位的部分程序如表5所示。

5 結(jié)束語(yǔ)

該設(shè)備自去年設(shè)計(jì)成功以來(lái)，經(jīng)過(guò)了實(shí)際生產(chǎn)使用的考驗(yàn)，同時(shí)對(duì)暴露出來(lái)的問(wèn)題進(jìn)行了不斷的改進(jìn)。現(xiàn)在，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，效果良好，是窯尾多規(guī)格分級(jí)落磚較理想的解決方案。通過(guò)本文的闡述，希望能給同行們以啟發(fā)、借鑒。

參考文獻(xiàn)

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