洗煤廠用濾布激光自動切割機的設計與應用

李韜晦

(晉能控股煤業(yè)集團 煤炭洗選分公司，山西 大同 037003)

濾布作為選煤廠煤泥水處理常用的材料，消耗量巨大，成本相對較高。在濾布加工過程中，最主要的環(huán)節(jié)就是濾布原材料的裁剪。傳統濾布加工采用人工裁剪作業(yè)，存在勞動強度大、效率低、精度差、裁剪損耗較多等問題。針對這些問題提出了通過自行研發(fā)濾布激光自動切割機進行全程自動化切割作業(yè)，提高了濾布裁剪效率與精度，降低了勞動強度，實現了減人增效與提效增效。

1 設計方案

濾布自動切割機主要由機架、激光頭、行走裝置總成、激光系統總成、電控系統等組成，設計實物見圖1。使用激光頭按預先設定的程序，將濾布切割成需要的形狀，具體分為軟件設計和硬件設計兩部分。

圖1 濾布激光自動切割機設計實物

1.1 軟件設計

1) 組態(tài)軟件：選用組態(tài)王6.55版本，此軟件兼容性較好。

2) 編程軟件：224XP選用STEP 7-MICRO/WIN，版本為V4.0.0.25，此版本基本為最新版本，能兼容下行版本程序。ST60選用STEP 7- MICRO/WIN SMART，版本為V02.04.00.00_00.07，此版本功能一般，但夠用。

3) 畫圖軟件：選用PC|SCHEMATIC電路圖專用軟件，版本為17.0.2.56，為最新版本，畫電路圖功能強大。

1.2 硬件設計

1) 上位機。上位機為追求系統穩(wěn)定，CPU選用服務器處理器E5系列，SSD硬盤。

2) 驅動電機。各類驅動電機都選用閉環(huán)步進電機，具體為：

進料軸：130BYG350D閉環(huán)步進電機1臺，配備1∶20渦輪減速機，3HSS2208H-110驅動器，柔性聯軸器，細分1 200。

畫筆軸：42HBS0.55N-VX閉環(huán)步進電機1臺，HB808C驅動器，鋼性聯軸器，細分800。

XY切割軸：130BYG350D閉環(huán)步進電機4臺，配備HBS86H驅動器，柔性聯軸器，細分800。

3) 機架。主機架：選型為304不銹鋼50 mm×100 mm方管，蜂窩板為孔徑100 mm，總尺寸2 300 mm×2 300 mm。

進料濾布總成：自行加工兩根軸直徑100 mm，長2 300 mm，每根軸兩端安裝軸承、擋板。張緊軸選用兩根，直徑80 mm，長2 300 mm，兩端安裝軸承。

出料平臺：白鐵皮做面，下筋為30 mm×30 mm角鋼，固定方式卯。

各類防護罩、電源箱：選用304不銹鋼板材，防護罩選用0.2 mm厚板材，電控箱選用0.4 mm厚板材，筋選用20 mm×20 mm不銹鋼方管。

X軸防護罩：為觀察設備運行情況，選用5 mm厚亞克力板。

移動線材：為保護各類移動線材，選用50 mm×100 mm塑料拖鏈。

4) 現場中央控制處理單元。因需圓弧補差指令，選用S7-200-224XP處理器為第一處理器，S7-200 ST60處理器為第二處理器，電源選用SITOP PSU200M。

激光管組件：選用1 600 mm長，直徑140 mm，功率100 W，23 mm反射鏡兩片，23 mm聚光鏡1片。

畫筆組件：因重量較輕，選用5 mm亞克力板為底板和固定架，彈性筆架選用50 mm×50 mm方管制作。

風、水源：水源選用激光管專用變頻水泵CW-5000，風泵選用ACO-012。

通訊模塊：因RS485長距離穩(wěn)定性較差，所以選用四口的UT-794iPC板卡，信號隔離為較先進的磁耦隔離。

輔助電器：閉環(huán)步進電機電源選用兩臺環(huán)形500W變壓器。3臺接觸器選用LC1D18。6個中間繼電器選用RXM4AB2BD。警示燈選用三色DC24 V，型號DT50-3W-S-Z。

限位開關：8個限位開關選用SBI10U-M30-AP4X2，其中3個為XY電熱刀參考點限位。

5) 防斷電自動回零功能。因防止在運行中突然斷電，再重新上電后5臺閉環(huán)步進電機坐標失效，必須配備相應的參考點尋找程序，在PLC上電的第一個掃描周期進線參考點尋找指令。X軸以16號0.6(I0.6)為原點限位搜索速度800/s脈沖進行原點搜索，若上電后切割頭觸動I0.6不執(zhí)行指令，否則進行負坐標方向搜索原點限位(I0.6)；Y軸以16號0.2(I0.2) 為原點限位搜索速度800/s脈沖進行原點搜索，若上電后切割頭觸動I0.2不執(zhí)行指令，否則進行負坐標方向搜索原點限位(I0.2)，Y1Y2軸取同一信號。T60切割軸利用AXISO_RSEEK指令，經試驗，該指令上電第一個掃描周期使用SM0.1并不能正常工作，所以利用T32定時器進行周期10 ms×10 ms(0.1 s)的延時，以I1.3為原點限位，搜索速度800/s脈沖進行原點搜索，若上電后切割頭觸動I1.3則不執(zhí)行指令，否則進行負坐標方向搜索原點限位(I1.3)；進料軸因坐標失效也不影響運行，程序運行時執(zhí)行指令為相對坐標指令，和另外4臺運行方式不同(絕對運行指令)，所以不進行參考點尋找指令。

2 應用效果

濾布自動切割機先后在5家洗煤廠試驗和應用，與人工裁剪應用效果進行了對比。人工剪裁1塊用時20 min，需3人，合格率83%；自動切割機剪裁1塊用時6 min，需1人，合格率98%.采用激光切割濾布，功耗小，切割面平整度高，并且?guī)缀鯖]有煙霧；采用閉環(huán)步進電機，避免了傳統步進電機丟步缺陷，又相比伺服電機有較高的性價比，啟動力矩也有較大的改善；采用國產組態(tài)王軟件和PLC200相互配合組成了核心控制系統，在組態(tài)軟件上能直觀地看到各個電機的運行坐標，也可修改各項基本運行參數，電氣精確度達到了1/800 cm；PLC選用西門子200系列224XP，使用專用的圓弧補差指令，可使切割圓弧邊緣更加自然，邊緣鋸齒現象基本觀察不到；防斷電自動回零功能有效避免了因斷電造成的材料浪費。

目前，該設備可加工煤炭洗選行業(yè)KZG、HMZG、KM、HMZGQ、XMZ、KMZS等各種型號板框壓濾機濾布和GPJ96、GPJ120、HBF120M2、HBF120/10等型號加壓過濾機濾布。以及滌綸PE除塵布袋、丙綸PP除塵布袋、易清灰、防水防油防靜電除塵布袋、覆膜除塵布袋、生活廢水處理濾料(纖維球)等多種規(guī)格的濾材。

3 結 語

1) 使用濾布激光自動切割機后，人均濾布裁剪效率，提升約900%，因制作人員大量減少，單張濾布制作成本大幅降低。在5家洗煤廠應用，每年節(jié)約人工費和材料費約100萬元。

2) 采用激光切割濾布，幾乎沒有煙霧，節(jié)能環(huán)保，濾布切割面平整度高，消除了裁剪邊緣鋸齒現象，合格率較人工裁剪提升了15%.

3) 因組態(tài)軟件和執(zhí)行程序都為自主設計、編譯，方便后期進行系統升級和加裝后續(xù)功能；加裝了1套畫筆硬件和軟件，可使濾布切割后執(zhí)行定位操作，方便后續(xù)加工流程，防斷電自動回零功能設計合理，有效避免了因斷電回零造成的浪費。

4) 濾布激光自動切割機應用前景廣闊，可加工除了洗煤廠外不同行業(yè)不同應用場景的多種規(guī)格的濾材。