編程控制器對窯口多規格升降出磚的自動化控制方案

胡國緯

摘 要：本文著重從系統組成及程序編寫兩方面，介紹利用可編程控制器（PLC）實現陶瓷行業窯口長條型多規格升降出磚的自動化控制，對提高自動化控制水平、減輕工人的勞動強度、提高陶瓷行業現代化管理水平具有廣泛的意義。

關鍵詞：PLC；長條型磚；多規格；升降出磚

1 前言

當今各行業均存在不同程度的人力資源匱缺現象，在陶瓷行業中，勞動強度大的崗位尤為明顯。為減輕工人的勞動強度、提高機器作業水平，因此加強自動化控制的應用是大勢所趨，也是一個有效的解決途徑。

在多規格長條型磚的生產過程中，陶瓷坯體經過窯爐高溫燒成之后，需進行加工，如：分級、包裝等。由于生產線傳輸速度較快，每分鐘走磚8排以上；而且磚體溫度高，一般在80 ℃ 以上；小規格磚每排片數多（如：600 mm×150 mm，每排8片）；大規格磚，單件質量重（如：1200 mm×250 mm，每片12 kg以上）。傳統生產多規格長條型磚的窯爐，通常是工人在窯尾手工撿磚。工人在如此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，用自動化控制多規格的長條型磚，其控制難度大。對小規格磚（如：600 mm×150 mm），自動升降出磚易混亂，造成出磚失敗；而大規格長條型磚（如：1200 mm×250 mm或1000 mm×200 mm）兩片為一排，每次升降拉出兩片，控制難度也比較大，稍有不當，極易造成側翻跌落。故很多生產長條型磚的陶瓷廠只能采用在窯尾手工撿磚。為了解決這些難題，本文應用PLC 自動化控制技術，以實現窯口長條型多規格升降出磚的自動化控制。筆者通過不斷改進優化方案，成功摸索出了既減輕工人的勞動強度，又可提高經濟效益的方案。

本文就基于PLC的窯口長條型多規格出磚解決方案的系統組成和控制方面進行了闡述，并說明了系統的工作流程，希望能給同行們以探討、借見，來共同為提高我國陶瓷業的現代化水平而努力。

2 PLC的技術指標

2.1 添加電動擋磚系統

首先，要在窯口出磚輥臺上添加電動擋磚系統，以擋齊或擋正每一排磚，并有調整、均勻排距作用，為升降出磚做準備。根據長時間觀察，添加兩套電動擋磚系統為宜。第一道擋齊磚，第一、二道獨立擋磚間，至少要有三段傳動輥臺。第一、二段輥臺拉開排距，第三段輥臺位于第二次擋磚系統前，主要用于短暫停磚用（因擋磚完成，高速出磚時，在擋磚前的那段輥臺，如果有磚，要暫停）。第二道獨立擋磚系統目的是完成升降前對整排磚進行最后的調整。

2.2 確定升降出磚數量

根據窯口實際情況，確定升降出磚的數量，通常三條為宜，兩條生產，一條備用。如有特殊情況時，可以窯尾出磚，故三套升降出磚系統基本可適應大多數窯爐的出磚要求。

2.3 確定不同規格長條型磚的出磚方案

首先確定是生產小規格磚還是大規格磚，如：確定生產小規格長條型磚（如：600 mm×150 mm），即每排出8片磚；確定生產大規格長條型磚（如：1200 mm×250 mm或1000 mm×200 mm），即兩片為一排進行出磚。

2.4 手動控制與自動控制

對每個擋板，每個升降裝置及升降的傳動，都要有手動控制功能。以便對每個裝置單獨調整、檢修或排除故障。而自動控制系統，可選擇對每個獨立擋磚系統以及每個升降出磚系統，自動運行或停止。

2.5 注意事項

在系統運作中出現運行出錯，要有適當的應對措施。

3 PLC控制系統設計

3.1 PLC選型

根據以上技術指標和控制要求，系統配置共有：兩套擋磚系統、三套升降出磚系統。每套需要的輸入、輸出點數量如下。

（1） 每套擋磚系統要有輸入點（4個）：兩個光電開關、一個接近開關、一個一位旋鈕；輸出點（4個）：三臺電機，分別是：擋板升降、擋磚段輥臺（要有高低速）、擋磚前段輥臺。

（2） 每套升降出磚系統要有：輸入點（6個）：對射光電兩對、兩個接近開關、一個兩位旋鈕；輸出點（6個）：四臺電機，分別是：橫帶升降、橫帶傳動、橫帶段輥臺、橫帶前段輥臺、兩個氣動升降擋板。

綜上所述，該系統共需要：輸入點：2×4+3×6=26（個）；輸出點：2×4+3×6=26（個）。

原窯口出磚系統采用的PLC是OMRON的CP1E-N40DT-D，這是一個DC24V供電的24個輸入點，16個晶體管輸出點的PLC控制系統，需再增加一個20點（CP1W-20EDT）和一個40點（CP1W-40EDT）的擴展模塊。

3.2 系統資源分配

（1） 數字量輸入部分

數字量輸入部分的輸入地址分配如表1所示。

（2） 數字量輸出部分

數字量輸出部分的輸出地址分配如表2所示。

4 PLC各技術指標的實現

4.1 電動擋磚系統的設計

本文只對電動擋磚系統中第一套獨立擋磚系統做詳細介紹（見圖1），第二套獨立擋磚系統可參考第一套進行設計。

由圖1可知，先把第四段輥臺分為三段，分別是M41、M42、M4三段，其中，把第一道擋磚系統安裝在未加裝擋磚前的第四段輥臺；M42為擋板擋磚段，上面需加兩個擋磚電眼，分別為擋磚電眼1、擋磚電眼2。這兩個擋磚電眼用來檢測整排磚是否到齊，應分別安裝在一排磚最靠后到的兩片上面進行檢測，如圖2所示。

如果按圖2的入磚方式進行走磚，1#擋磚電眼1、1#擋磚電眼2就應當分別安裝在圖2中所示的位置。

擋板的升降通常是采用一個半圓形的鐵制擋塊，配合接近開關來控制。1#擋磚定位（3.09）有信號，升降電機停，此時擋板升到位；1#擋磚定位（3.09）無信號，升降電機停，此時擋板降到位。1#電動擋磚的部分程序如表3所示。endprint

4.2 升降出磚系統的設計

由上述所述，該窯口升降出磚方案需三套升降出磚系統，每套升降出磚系統要有：橫帶前后對射光電開關各一對，分別用于檢測進磚和出磚完畢；兩個接近開關，分別用來檢測橫帶的上位和下位；一個兩位旋鈕，該旋鈕有三個功能：左側、中間、右側，分別是：手動橫帶升降、停止、連續出磚。第一次從中間打向左側，橫帶手動升起，再從左側打回中間，第二次從中間打向左側，橫帶手動降下。該旋鈕在中間位置，對應的升降帶不工作。該旋鈕打到右側，對應的升降帶自動進行符合條件的連續升降出磚工作；控制四臺電機，分別是：橫帶升降、橫帶傳動、橫帶段輥臺、橫帶前段輥臺。這里要特別說明的是：當橫帶剛擋好磚，開始自動升起時， 橫帶升降前輥臺有來磚；當橫帶在上位，上的磚已出完；剛開始下降時，橫帶升降前輥臺有來磚。在這兩種情況下，橫帶升降前輥臺要稍做停頓，等橫帶升到上位或降到下位，再傳動兩個氣動升降擋板。升降橫帶有四條傳動帶，按輥臺傳動方向，從小到大數，橫帶第二、三道之間，安裝一氣動擋板，在這里我們稱為中擋板；第四道帶后安裝一氣動擋板，稱為后擋板。

4.2.1小規格長條型磚出磚方案

小規格長條型磚（如：600 mm×150 mm，每排8 片）的出磚方案如圖3所示。

由圖3可知，中氣動擋板不工作，以2#升降出磚為例，當2#橫帶處于下位，且2#橫帶升降前對射光電開關（S06）ON 。當2#橫帶升降后對射光電開關（S08）OFF時，2#后氣動擋板ON；當2#橫帶升降前對射光電開關（S06）由ON變為OFF后計時0.25 s，認為當前這排磚已擋齊，2#橫帶可以升起，當2#橫帶正在升起，但未升到上位的過程中，如果S06變為ON，則M11（2#帶前傳動）要暫時停止運行，以防止碰撞；當2#橫帶升到上位時，M11（2#帶前傳動）可繼續運行，2#后氣動擋板OFF。此時，如果2#出口要磚信號ON，則M20（2#帶出磚）ON，M20（2#帶出磚）ON計時2 s后，認為2#橫帶上的磚已出完。確認2#橫帶下面無磚后，2#橫帶可以降下。同2#橫帶上升時一樣，當2#橫帶正在下降，但未降到下位的過程中，如果S06變為ON，則M11（2#帶前傳動）要暫時停止運行，以防止碰撞。

4.2.2 大規格長條型磚的出磚方案

大規格長條型磚（如：1200 mm×250 mm或1000 mm×200 mm）兩片為一排的出磚方案如圖4所示。

由圖4可知，中氣動擋板不工作，以2#升降出磚為例，當2#橫帶處于下位，且2#橫帶升降前對射光電開關（S06）ON ，2#橫帶升降后對射光電開關（S08）OFF時，2#后氣動擋板ON，2#后氣動擋板ON計時 0.18 s后，認為已擋好該組中的第一片磚。此時，2#中氣動擋板ON，2#中氣動擋板ON 計時0.07 s，認為該組的兩片磚都已擋好。2#橫帶可以升起，當2#橫帶正在升起，但未升到上位的過程中，如果S06變為ON，則M11（2#帶前傳動）要暫時停止運行，以防止碰撞，當2#橫帶升到上位時，M11（2#帶前傳動）可繼續運行，2#后氣動擋板OFF。此時，如果2#出口要磚信號ON，則M20（2#帶出磚）ON，M20（2#帶出磚）ON計時2 s后，認為2#橫帶上的磚已出完。確認2#橫帶下面無磚后，2#橫帶可以降下。同2#橫帶上升時一樣，當2#橫帶正在下降，但未降到下位的過程中，如果S06變為ON，則M11（2#帶前傳動）要暫時停止運行，以防止碰撞。

小規格長條型磚與大規格長條型磚的部分程序如表4所示。

5 結語

PLC自動控制替代人工撿磚系統從2010年開始已在部分陶瓷廠使用至今，且系統穩定、效果良好。既減輕工人的勞動強度，又提高了經濟效益。因此，該PLC自動控制系統值得在陶瓷行業中廣泛推廣。endprint

4.2 升降出磚系統的設計

由上述所述，該窯口升降出磚方案需三套升降出磚系統，每套升降出磚系統要有：橫帶前后對射光電開關各一對，分別用于檢測進磚和出磚完畢；兩個接近開關，分別用來檢測橫帶的上位和下位；一個兩位旋鈕，該旋鈕有三個功能：左側、中間、右側，分別是：手動橫帶升降、停止、連續出磚。第一次從中間打向左側，橫帶手動升起，再從左側打回中間，第二次從中間打向左側，橫帶手動降下。該旋鈕在中間位置，對應的升降帶不工作。該旋鈕打到右側，對應的升降帶自動進行符合條件的連續升降出磚工作；控制四臺電機，分別是：橫帶升降、橫帶傳動、橫帶段輥臺、橫帶前段輥臺。這里要特別說明的是：當橫帶剛擋好磚，開始自動升起時， 橫帶升降前輥臺有來磚；當橫帶在上位，上的磚已出完；剛開始下降時，橫帶升降前輥臺有來磚。在這兩種情況下，橫帶升降前輥臺要稍做停頓，等橫帶升到上位或降到下位，再傳動兩個氣動升降擋板。升降橫帶有四條傳動帶，按輥臺傳動方向，從小到大數，橫帶第二、三道之間，安裝一氣動擋板，在這里我們稱為中擋板；第四道帶后安裝一氣動擋板，稱為后擋板。

4.2.1小規格長條型磚出磚方案

小規格長條型磚（如：600 mm×150 mm，每排8 片）的出磚方案如圖3所示。

由圖3可知，中氣動擋板不工作，以2#升降出磚為例，當2#橫帶處于下位，且2#橫帶升降前對射光電開關（S06）ON 。當2#橫帶升降后對射光電開關（S08）OFF時，2#后氣動擋板ON；當2#橫帶升降前對射光電開關（S06）由ON變為OFF后計時0.25 s，認為當前這排磚已擋齊，2#橫帶可以升起，當2#橫帶正在升起，但未升到上位的過程中，如果S06變為ON，則M11（2#帶前傳動）要暫時停止運行，以防止碰撞；當2#橫帶升到上位時，M11（2#帶前傳動）可繼續運行，2#后氣動擋板OFF。此時，如果2#出口要磚信號ON，則M20（2#帶出磚）ON，M20（2#帶出磚）ON計時2 s后，認為2#橫帶上的磚已出完。確認2#橫帶下面無磚后，2#橫帶可以降下。同2#橫帶上升時一樣，當2#橫帶正在下降，但未降到下位的過程中，如果S06變為ON，則M11（2#帶前傳動）要暫時停止運行，以防止碰撞。

4.2.2 大規格長條型磚的出磚方案

大規格長條型磚（如：1200 mm×250 mm或1000 mm×200 mm）兩片為一排的出磚方案如圖4所示。

由圖4可知，中氣動擋板不工作，以2#升降出磚為例，當2#橫帶處于下位，且2#橫帶升降前對射光電開關（S06）ON ，2#橫帶升降后對射光電開關（S08）OFF時，2#后氣動擋板ON，2#后氣動擋板ON計時 0.18 s后，認為已擋好該組中的第一片磚。此時，2#中氣動擋板ON，2#中氣動擋板ON 計時0.07 s，認為該組的兩片磚都已擋好。2#橫帶可以升起，當2#橫帶正在升起，但未升到上位的過程中，如果S06變為ON，則M11（2#帶前傳動）要暫時停止運行，以防止碰撞，當2#橫帶升到上位時，M11（2#帶前傳動）可繼續運行，2#后氣動擋板OFF。此時，如果2#出口要磚信號ON，則M20（2#帶出磚）ON，M20（2#帶出磚）ON計時2 s后，認為2#橫帶上的磚已出完。確認2#橫帶下面無磚后，2#橫帶可以降下。同2#橫帶上升時一樣，當2#橫帶正在下降，但未降到下位的過程中，如果S06變為ON，則M11（2#帶前傳動）要暫時停止運行，以防止碰撞。

小規格長條型磚與大規格長條型磚的部分程序如表4所示。

5 結語

PLC自動控制替代人工撿磚系統從2010年開始已在部分陶瓷廠使用至今，且系統穩定、效果良好。既減輕工人的勞動強度，又提高了經濟效益。因此，該PLC自動控制系統值得在陶瓷行業中廣泛推廣。endprint

4.2 升降出磚系統的設計

由上述所述，該窯口升降出磚方案需三套升降出磚系統，每套升降出磚系統要有：橫帶前后對射光電開關各一對，分別用于檢測進磚和出磚完畢；兩個接近開關，分別用來檢測橫帶的上位和下位；一個兩位旋鈕，該旋鈕有三個功能：左側、中間、右側，分別是：手動橫帶升降、停止、連續出磚。第一次從中間打向左側，橫帶手動升起，再從左側打回中間，第二次從中間打向左側，橫帶手動降下。該旋鈕在中間位置，對應的升降帶不工作。該旋鈕打到右側，對應的升降帶自動進行符合條件的連續升降出磚工作；控制四臺電機，分別是：橫帶升降、橫帶傳動、橫帶段輥臺、橫帶前段輥臺。這里要特別說明的是：當橫帶剛擋好磚，開始自動升起時， 橫帶升降前輥臺有來磚；當橫帶在上位，上的磚已出完；剛開始下降時，橫帶升降前輥臺有來磚。在這兩種情況下，橫帶升降前輥臺要稍做停頓，等橫帶升到上位或降到下位，再傳動兩個氣動升降擋板。升降橫帶有四條傳動帶，按輥臺傳動方向，從小到大數，橫帶第二、三道之間，安裝一氣動擋板，在這里我們稱為中擋板；第四道帶后安裝一氣動擋板，稱為后擋板。

4.2.1小規格長條型磚出磚方案

小規格長條型磚（如：600 mm×150 mm，每排8 片）的出磚方案如圖3所示。

由圖3可知，中氣動擋板不工作，以2#升降出磚為例，當2#橫帶處于下位，且2#橫帶升降前對射光電開關（S06）ON 。當2#橫帶升降后對射光電開關（S08）OFF時，2#后氣動擋板ON；當2#橫帶升降前對射光電開關（S06）由ON變為OFF后計時0.25 s，認為當前這排磚已擋齊，2#橫帶可以升起，當2#橫帶正在升起，但未升到上位的過程中，如果S06變為ON，則M11（2#帶前傳動）要暫時停止運行，以防止碰撞；當2#橫帶升到上位時，M11（2#帶前傳動）可繼續運行，2#后氣動擋板OFF。此時，如果2#出口要磚信號ON，則M20（2#帶出磚）ON，M20（2#帶出磚）ON計時2 s后，認為2#橫帶上的磚已出完。確認2#橫帶下面無磚后，2#橫帶可以降下。同2#橫帶上升時一樣，當2#橫帶正在下降，但未降到下位的過程中，如果S06變為ON，則M11（2#帶前傳動）要暫時停止運行，以防止碰撞。

4.2.2 大規格長條型磚的出磚方案

大規格長條型磚（如：1200 mm×250 mm或1000 mm×200 mm）兩片為一排的出磚方案如圖4所示。

由圖4可知，中氣動擋板不工作，以2#升降出磚為例，當2#橫帶處于下位，且2#橫帶升降前對射光電開關（S06）ON ，2#橫帶升降后對射光電開關（S08）OFF時，2#后氣動擋板ON，2#后氣動擋板ON計時 0.18 s后，認為已擋好該組中的第一片磚。此時，2#中氣動擋板ON，2#中氣動擋板ON 計時0.07 s，認為該組的兩片磚都已擋好。2#橫帶可以升起，當2#橫帶正在升起，但未升到上位的過程中，如果S06變為ON，則M11（2#帶前傳動）要暫時停止運行，以防止碰撞，當2#橫帶升到上位時，M11（2#帶前傳動）可繼續運行，2#后氣動擋板OFF。此時，如果2#出口要磚信號ON，則M20（2#帶出磚）ON，M20（2#帶出磚）ON計時2 s后，認為2#橫帶上的磚已出完。確認2#橫帶下面無磚后，2#橫帶可以降下。同2#橫帶上升時一樣，當2#橫帶正在下降，但未降到下位的過程中，如果S06變為ON，則M11（2#帶前傳動）要暫時停止運行，以防止碰撞。

小規格長條型磚與大規格長條型磚的部分程序如表4所示。

5 結語

PLC自動控制替代人工撿磚系統從2010年開始已在部分陶瓷廠使用至今，且系統穩定、效果良好。既減輕工人的勞動強度，又提高了經濟效益。因此，該PLC自動控制系統值得在陶瓷行業中廣泛推廣。endprint