自動磨料成形機電氣控制系統

程廣振

(湖州師范學院信息與工程學院，浙江湖州313000)

1 概述

一種由電氣控制與氣壓傳動共同實現的半自動磨料成形造粒機，采用螺桿擠出成形，氣缸執行切斷造粒法。磨料、添加劑、粘接劑按比例混合均勻，攪拌成合適硬度的團狀，電動機驅動螺桿旋轉，團狀磨料向前移動，隨軸向位置變化，螺桿擠出成形機截面空腔面積變小，越靠近擠出端，截面空腔面積越小，磨料在隨螺桿向模具的出口移動的過程中不斷受到擠壓，形成密實的結構，從模具出口擠出，其截面形狀有模具決定。

一般螺桿擠出磨料成形機，模具為單出口，擠出的一定截面的磨料形成一條連續的長條，接著用氣缸推動切斷裝置，截斷成要求的長度，存放到儲存箱里，送往下道工序干燥。

整機由單螺桿擠出機構、電磁調速膠帶輸送機構、氣動切斷造粒機構、檢測與控制機構、機架5個部分組成，見圖1。機器工作過程為，三相異步電動機3通過傳動V帶2驅動單螺桿擠出機構1，把磨料擠出成長條狀，擠出的磨料截面形狀由模具決定，電磁調速電動機9通過傳動V帶驅動輸送膠帶11運動。

2 電氣控制要求

設備工作時打開電源，首先啟動膠帶輸送機，接著啟動螺桿擠出機，半固態的磨料從模具出口擠出成條狀，當擠出的磨料達到光電開關8安裝位置時，開始正常的自動循環。工藝流程如圖2所示。

(1)條狀磨料向前移動遮擋住光源發出的光線時，光電開關SQ發出信號，時間繼電器KT開始延時，同時電磁鐵YA1通電，氣缸G1活塞桿伸出，切斷條狀磨料。G1活塞桿伸出壓下行程開關SQ1時，電磁鐵YA1斷電，G1活塞桿停止，輸送膠帶把切斷的條狀磨料輸送到工作臺末端。

(2)時間繼電器KT達到延時設定時間，電磁鐵YA3通電，氣缸G2活塞桿伸出，推動造粒推板前進，把磨料切成粒狀，推入儲存箱。氣缸G2活塞桿伸出壓下行程開關SQ3時，電磁鐵YA3斷電，氣缸G2活塞桿縮回，為下次工作做好準備。

(3)當螺桿繼續擠出的長條狀磨料，再次遮擋住光源的光線時，光電開關SQ再次發出信號，時間繼電器KT重新開始延時，同時電磁鐵YA2通電，氣缸G1活塞桿縮回，切斷條狀磨料。G1活塞桿縮回壓下行程開關SQ2時，電磁鐵YA2斷電，G1活塞桿停止，輸送膠帶把切斷的條狀磨料輸送到工作臺末端。

(4)時間繼電器KT達到延時設定時間，電磁鐵YA3通電，氣缸G2活塞桿伸出，推動造粒推板前進，把磨料切成粒狀，推入儲存箱。氣缸G2活塞桿伸出壓下行程開關SQ3時，電磁鐵YA3斷電，氣缸G2活塞桿縮回，為下次工作做好準備。

3 電氣控制邏輯關系

按照控制要求畫出邏輯關系圖如圖3所示。執行元件的狀態變化取決于檢測信號，檢測信號按其保持時間長短，分為瞬時信號和持續信號兩種。有效信號的持續時間少于一個工步稱為瞬時有效信號，在邏輯關系圖中用帶箭頭的豎實線表示。有效信號的持續時間不少于一個工步稱為持續有效信號，在邏輯關系圖中，以表示持續信號的豎實線為起點，用垂直于該豎實線的帶箭頭的橫實線表示其持續時間的長短。執行元件的工作區間用垂直于有效信號的橫實線表示。

按照邏輯關系圖繪制規則，結合成形機控制系統工作過程示意圖，畫出的成形機邏輯關系圖如圖3所示。

根據邏輯關系圖，以及“失電優先型”繼電器基本邏輯式的使用條件，采用持續信號排除額外起始信號，列寫出成形機的邏輯表達式如下。

為了便于控制，引入中間繼電器KA1、KA2、KA3、KA4、KA5，其中 KA1、KA2、KA3 的工作區間分別與電磁鐵 YA1、YA2、YA3相同;KA4、KA5的用途是，用持續信號排除額外起始信號。

4 設計電氣控制線路

根據邏輯關系式，繪制出成形機電氣控制線路如圖4所示。成形機工作時，接通電源，依次啟動膠帶輸送機、螺桿擠出機，執行氣缸G1、G2根據檢測信號，按照電氣控制線路設定的邏輯關系，實現自動循環工作。電氣控制線路中各元件功能見表1。

表1 電控元件表

5 結語

(1)分析設備動作要求，工藝流程的基礎上畫出工作過程示意圖，設計思路清楚清晰。

(2)邏輯關系圖中，運算元件工作區間與控制信號持續時間表達直觀，邏輯關系清楚，不會造成控制混亂。

(3)控制線路圖與邏輯關系圖、邏輯表達式對應關系明確，便于設計的修改完善。

(4)按照邏輯表達式畫出繼電接觸電控線路，與PLC控制程序的梯形圖相互轉換方便，設計可靠，便于電控系統升級改造。

［1］范永勝，王岷.電氣控制與PLC應用［M］.北京:中國電力出版社，2004.

［2］許福玲.液壓與氣壓傳動［M］.北京:機械工業出版社，2007.

［3］張培志.電氣控制與可編程序控制器［M］.北京:化學工業出版社，2007.

［4］齊占慶.機床電氣控制技術［M］.北京:機械工業出版社，2002.

［5］賈玉景.氣動磨料造粒機設計［J］.液壓與氣動，2010(11).