熱壓機自動復位控制的設計

趙揚帆

摘 要： 為改造云南省某高壓電瓷廠絕緣子自動生產線，提高整條生產線的穩定性和生產效率，需對原有制造工藝設備的電控系統進行改造。本設計采用了三菱FX2N系列的PLC來代替原來的單板機，用接近開關代替霍爾元件，從而提高了系統的穩定性和抗干擾能力，實現了泥鍛機、熱壓機的單機自動化。本設計采用了PLC的步進順控指令及設計方法，實現了熱壓機自動回原位、液壓缸啟停、卸荷、緊停等功能；其中重點介紹了自動返回原位設計的方法和設計過程，解決了回原位中各部件的互鎖問題，完成了狀態轉移圖和梯形圖，并編寫了相應程序。

關鍵詞：PLC ；懸式絕緣子 ；自動復位；卸荷；緊停

0 前言

云南省某高壓電瓷廠是以生產高低壓絕緣子和高壓電器為主。該廠包含四條單機自動線，即泥鍛機自動生產線、熱壓機自動生產線、修坯機自動生產線和上釉機自動生產線。由于自動線控制的懸式絕緣子熱壓機所在的車間生產環境差，用電設備多，大電機啟停頻繁，造成電網電壓波動大，電磁干擾強，對原系統的單板機和霍爾元件的穩定工作影響很大，且單板機控制系統元件多、線路復雜、穩定性差且查找故障困難，這一系列因素導致生產設備不穩定，生產效率低。為了提高控制系統的抗干擾性和穩定性，使操作更簡單和方便，對原設備電氣控制系統進行改造：通過抗干擾性更強的三菱FX2系列PLC代替易受干擾的單板機實現控制，采用接近開關代替霍爾元件，以克服上述問題，使系統工作更穩定。

1 設計方案論證

1.1 可行性研究

本設計由供電系統的設計、控制面板的設計、程序初始化的設計、手動部分的設計、自動部分設計、自動回原位設計、緊停、報警、卸荷和操作規程組成。高壓電瓷懸式絕緣子的生產要在高濕、高溫、強磁場的車間環境下進行，針對原有控制系統穩定性差和抗干擾能力弱的缺點，為提高系統的穩定性和生產效率，采用PLC來組成設備的控制系統，實現熱壓機的單機自動化。

通過工程師的講解、了解各單機生產的實際過程并對照實物圖片，確定其工藝過程，并畫出工藝流程圖。然后，由設備的電氣參數確定設備的接線及保護圖；繼而確定熱壓機的PLC輸入、輸出點，用接近開關或其他傳感器元件檢測各工件的原末位輸入到PLC上。將輸入、輸出點編號確定各輸入、輸出點在PLC上的接線問題，并考慮控制面板上按鈕和燈的在PLC上的連接。由工藝流程圖和PLC的輸入、輸出點位圖畫出泥鍛機、熱壓機的狀態轉移圖，再把它轉化成梯形圖編出各運行方式的PLC程序。我們在試驗室通過64位PLC和相關元器件進行模擬實驗，經驗證方案可行。

1.2 計算部分

供電系統要可靠運行，必須正確地選擇系統中的所有元件，如電力變壓器、電動機、開關設備、保護裝置和導線等，除應滿足工作電壓和頻率的要求外，還要滿足負荷電流的要求，因此有必要對系統中各個環節的電力負荷進行計算。本設計中的計算及元件選擇均以工廠供電國家標準為依據進。

通過負荷的統計計算求出的供電系統中各元件的負荷值，稱為計算負荷。我國普遍采用的確定用電設備計算負荷的方法是需用系數法和二項式法。本設計采用需用系數法求計算負荷。通過負荷計算，再確定對電機、接觸器、空氣開關、熔斷器等電器的型號。

1.3 結構設計部分

本設計中以三菱FX系列PLC取代單板機為核心組成電氣控制系統來控制懸式絕緣子的生產過程，以提高系統的穩定性和抗干擾能力，并實現熱壓機的單機自動化，提高生產效率和產品質量。熱壓機控制系統的設計主要包括強電部分設計、控制面板設計、程序初始化設計、手動部分設計、自動循環部分設計、單周期部分設計、自動回原位設計和緊停、報警、卸荷、自動停止幾個設計部分。

自動循環的設計采用功能表圖的基本圖形符號，即步、轉換、和有向連續。在功能標圖中，把一個循環過程分解成若干個清晰的連續的階鍛，然后由“轉換”分隔步與步之間的狀態，步之間的進展按有向連線規定的路線進行的，并且采用步進順控的編程語言。該部分需要繪制自動循環流程圖、狀態轉移圖以及對應的步進梯形圖，再用步進順控指令編寫出狀態轉移圖的程序語言。

1.4 自動回原位部分設計

自動回位設計具有重要的意義。當系統因停電、故障等原因非正常停機后，各個液壓缸不一定在原位，系統再啟動自動循環時，各動作部件必須全部返回原點，本過程就叫做自動回原位。自動回原位是系統再啟動的必備過程，是各個運行部分運行的先決條件。對系統的正常、安全運行起著至關重要的作用。自動回原位設計是建立在對工藝流程圖充分了解的基礎上進行的，關鍵是各個元器件必須按一定的順序依次回到原位，遵行互鎖原則，各元器件間不能相互沖突。

2 樣機試驗及測試情況

實驗情況及結果表明：整個模擬實驗過程比較順利，但由模擬方式不如真實器械那樣直觀，所以在觀察運行結果上，特別是對自動程序運行結果的觀察不方便，接線時沒有考慮到線數較多的問題，在調試過成中要反復的檢查接線的正確性，給試驗帶來一些不便。但整個實驗的結果基本達到預期的設計目的，驗證了設計過程的正確性與設計方法的可行性。

對于整個試驗，程序基本能實現控制的要求，自動循環、手動、緊停、報警、卸荷等功能均能實現。通過模擬試驗的檢驗，說明該設計方案基本是合理可行的。

3 結論

整個設計通過模擬試驗的檢驗，程序能夠實現控制要求，如自動循環、手動、緊停、報警、卸荷等功能均能實現。說明該設計方案是合理可行的，只要按相關要求連接好各器件即可投入實際生產。本設計采用PLC控制熱壓機、泥鍛機的自動循環，經過樣機試驗實現了手動操作和自動循環過程，達到了設計的要求。利用了PLC的可靠性高，抗干擾能力強、編程方便、功能強，維修方便等特點，系統的設計、安裝、調試工作量少。

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