全自動存樣系統的分析與研究

摘 要：全自動存樣系統是針對火力發電廠、港口、第三方煤炭檢測機構等制備出的試樣進行自動儲存的立體庫。該系統還可延伸應用到例如礦廠、鋼鐵廠等其他需要試樣存儲的公司和機構。該系統能實現煤樣編碼電子化、自動化管理、存取樣人員權限管理、實時記錄試樣存取過程、實時監控試樣狀態、自動提醒清理到期試樣等功能，從而實現對所存試樣全過程管控。

關鍵詞：框架；貨架；直角坐標

本系統由一臺全自動存查樣庫、一套輸送線、電控系統、氣動系統等組成。

1.自動存查樣庫

自動存查樣庫也是一種立體庫的形態，由于儲存物料重量清，其主體框架可以由鋼型材焊接制成，也可以通過法蘭連接。都能保證其剛性和穩定性。框架外部采用鋼板彎曲噴塑制成造板，利用內六角螺釘連接，安裝利用空間小、方便，表面美觀。內部采用直角坐標機器人完成物料插取和儲存的動作。直角坐標機器人可以X、Y、Z、3軸聯動，利用PLC程序控制伺服電機保證其精度要求。X軸選取齒輪、齒條或者同步帶作為主驅動，旁路配合導軌、滑塊作為導向。其安裝座通過機械加工保證其直線度、平面度、孔的圓心度及各孔位的行位公差。直角坐標上部采用鋁型材通過角連接固定在框架上方，兩側由導向輪與彈簧構成導向裝置，通過彈簧的預緊力來確保直角坐標在X軸方向運行，左右方向沒有明顯跳動。Z軸采用伺服電機通過聯軸器帶動絲杠運行，或者采用鏈輪與同步帶的配合完成。通過負載，移動速度，行程，速比、空間布局等選取主動輪、從動輪齒數，計算負載，根據輸出軸轉數、扭矩，初步選取減速器與伺服電機。其移動通過導軌、滑塊作為導向。運行速度快、平穩、精度高。Y軸采用旋轉氣缸配合直線氣缸完成，可通過單向節流閥控制其運行速度。其中X、Z軸兩端附有防撞塊及限位開關，如果出現系統失靈，也能給予安全保障。整體直角坐標機器人采用鋼板與鋁型材作為剛性支撐。庫體內部附有照明及門禁裝置，門禁確保了人員的干預。

2.輸送線

輸送線由鏈板線、輸送柜、翻轉機構組成，鏈板線由變頻電機通過聯軸器連接驅動軸帶動鏈輪傳遞扭矩。根據需要進行速度調節。由于樣瓶大小不一，而且連續輸送，在此設計隔擋裝置，利用直線氣缸帶動阻擋機構（該機構需要配備直線導向系統，避免氣缸承受徑向載荷），將樣瓶阻擋在固定的位置停止，進行下一步動作。

樣瓶在固定位置停止后，由插取機構抓取樣瓶通過直線氣缸或者其他直線運動機構將樣瓶提升到需求高度，即接近于自動存查樣庫入料口。樣瓶到達工作正確位置后，由氣動抓取機構抓取樣瓶做水平方向運動，將樣瓶輸送到存查樣柜入料口，氣動抓取機構松開，將樣品放置在翻轉機構樣品放置處，等待下一步動作。檢測傳感器檢測到樣品到達等待位置后，翻轉機構翻轉，將樣品放倒并翻轉到樣柜內部入口處，直線坐標機器人可以將樣品存放到指定位置，以備工作人員隨時取樣。

3. 電控系統

系統采用PLC作為控制系統的核心部件，由一個CPU統一控制，以實現存樣的自動輸送和自動存儲功能，上位機PC自動采集存儲相關信息并將信息同步到上一級自能管理系統。PLC具有穩定性好、處理能力強、響應時間快等特點，是具有“高度擴展性”的端子臺型一體化PLC。整套設備配備一臺工控機，承載計算機管理系統，留有TCP/IP接口，方便與上一級管理系統相連接，為廠內聯網及綜合信息管理提供方便，實時性強，可靠性高。

整個控制系統分為四個部分，第一部分是數據采集，第二部分是系統控制，第三部分是操作面板，第四部分是數據管理系統。

第一部分 數據采集：數據采集功能將存查樣信息、存儲位置信息、操作歷史信息及故障報警信息等信息進行采集和存儲

第二部分 系統控制：系統控制主要是通過PLC實現各種邏輯控制，完成工藝要求的輸送、存樣、取樣、棄樣等流程，系統運行穩定可靠。

第三部分 操作面板：操作面板為操作員和機器提供了信息交互的平臺，實現系統調試、維護操作、自動/手動操作控制以及設備在線故障檢測和報警顯示等功能。

第四部分 數據管理系統：數據管理系統可實現存樣信息、操作人員信息、操作時間信息等的綜合管理、備份，方便管理人員的管理工作。

為了使用和維護方便，控制系統除了能夠進行程序控制外，可以對各個設備發出單獨的動作指令，且對指令的合法性做出檢查。對于違反聯鎖條件的指令拒絕執行。

4.氣動系統

氣動系統由電磁閥、節流閥、氣缸、管路等組成，為存查樣系統的各機構氣缸提供所需壓力及流量，同時將電氣控制系統給定的輸入信號轉化為相應的氣缸動作輸出，從而實現存查樣系統按照程序設定的順序運行。系統中采用的氣動元件，可較好滿足系統使用及現場環境要求。氣動系統由外部氣源供氣，由一條主管路連接各個部分，布局合理簡便，節流閥安裝在氣缸上節省管路；所有氣缸均安裝有檢測裝置，可以輸出活塞位置信號給控制系統。

全自動存樣系統是針對近年來人力成本上升，企業對工業自動化產品的迫切需求以及近年來各煤炭、礦石等生產企業以及使用企業為嚴格控制企業成本和杜絕腐敗應運而生的，具有廣闊的市場前景，是新興的工業自動化設備。

參考文獻：

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[2]趙松年《現代機械創新產品分析與設計》 北京：機械工業出版社，2000

[3]楊汝清《現代機械設計-----系統與結構》 上海：科學技術文獻出版社，2000