基于PLC的釩氮合金自動卸料裝置的控制系統研究與設計

薛靜靜，秦東興

XUE Jing-jing1 , QIN Dong-xing2

（1.成都信息工程大學 電子工程學院，成都 610225；2.成都信息工程大學 控制工程學院，成都 610225）

0 引言

由于釩氮燒結礦生產過程中處于的特殊生產環境，即高爐在燒結過程中，溫度有上千度，室內工作溫度在夏季經常會達到40℃左右，比一般企業惡劣的多。在如此環境之下，從業人員在燒結礦的生產線上，常年經受著高溫酷熱，而且由于燒結礦傾倒與制作過程中粉塵嚴重，對身體會造成極大的傷害，為此，設計了此設備。裝置安放在工廠內部，工人只需要按動電器開關上電，再通過觸摸屏控制機械機構的運動，避免了通過人力去翻動、傾倒燒結礦。

本文中，使用可編程控制器（PLC，Programmable Logic Controller），它實質是一種專用于工業控制的計算機，在工業中應用廣泛。PLC的結構基本上與微型計算機相同，并且，PLC具有鮮明、獨特的特點，如使用方便，編程簡單；功能強大，性價比相對較高。文章中使用了臺達PLC，PLC選型為DVP48EH00T3，I/O各有24個，通過編輯梯形圖控制電機進行相應的動作。

1 自動打散、卸料設備設計目標與工作原理

1.1 打散、卸料設備要完成的預定目標

裝置的控制系統應用用于公司或企業的燒結礦流水線的卸料部分，可提高生產線的自動化程度，節約勞動力。特殊的環境下，所需的卸料設備的設計需要充分了解使用所處的環境，即溫度、工作環境，并且需要采用實際有效的密封方法和耐高溫的電氣設備，保證設備在惡劣的環境中能夠正常運行；其次要考慮燒結的工藝，使用打散機構來實現燒結塊在石墨坩堝內的打散動作，保證燒結礦能順利落下。設備的運行過程由兩個部分構成，一是把坩堝內燒結好的燒結礦與石墨坩堝間抖松，二是把抖松后的坩堝，通過機械機構自動夾持到料斗區倒入料斗中，然后將石墨坩堝放回原來得位置。

1.2 自動打散、卸料設備的工作原理

一個動作周期的工作過程為：系統需要接收爐控PLC發出的來料信號，然后打散裝置下行到打散位置，打散氣缸執行打散，打散后回歸打散原點。等待外圍傳送裝置及傳送帶把坩堝運送到夾持位置，爐控PLC發出執行夾料命令，夾料裝置自動夾持到料斗區倒掉里面的燒結礦，然后回歸原位，最后反饋一個信號給爐控PLC。

2 臺達PLC構建的機構控制系統的方案設計

2.1 硬件設計

自動卸料裝置系統的硬件的上位機為觸摸屏，下位機為臺達的PLC，臺達的PLC可控制設備進行一系列的動作，通過與上位機的通信，來執行相應的操作，方便工作人員控制，也可實現遠距離操作，避免了在卸料工程中出現的粉塵對人身體造成的傷害。如圖1所示，PLC的I/O接口連接到了需要控制的硬件部分。

觸摸屏選用了臺達的DOP-B07S411，圖2為設計的觸摸屏的界面圖。觸摸屏界面主要設計了手動模式和自動模式，以及對設備的動作所進行的操作與復位功能，操作簡單方便。

圖1 系統硬件圖

表1 機構器件的選型列表

2.2 系統軟件的設計

系統的軟件是在WPLSoft軟件中，編寫程序完成設計的。編程采用了直觀的梯形圖來完成，方便修改程序，簡化操作。

2.2.1 I/O口的定義

PLC的I/O點如下：

輸入點：4個直線運動模組，極限位置的限位開關8個；Z方向運動機構，夾持位置和倒料位置共4個，2個到位開關；生產線上坩堝到打散位置檢測：2個到位開關。

輸出點：6個電磁閥，6個輸出；計數報警輸出：2個；4個步進電機，脈沖和方向，共8個輸出點。

圖2 手動模式與自動模式的界面圖

2.2.2 控制程序的設計

設備的控制程序分為手動模式和自動模式，通過觸摸屏進行設備的運行操作。

在手動模式中，各運動裝置與翻轉裝置采用點動方式，打散氣缸和夾緊氣缸為交替按鈕，按下時會保持，再按一次會關閉。每個運動裝置和翻轉裝置可以自動復位。自動模式下，各運動裝置無法進行點動。當切換到自動模式后，如果初始狀態各軸機構沒有在原點狀態，按下電控箱上的復位按鈕，各軸會自動回原點，然后按一下啟動按鈕，程序啟動，自動進行運行。

1）打散動作的控制

由傳感器檢測下個坩堝到位，Z2軸將打散機構下降到移動位置，然后由PLC通過控制電磁閥，控制氣缸讓打散機構將燒結塊打散。

2）抓取和翻轉動作的控制過程

由傳感器檢測到被打散后的坩堝到位，Z1軸帶動Y軸和夾持機構下降到指定的位置，PLC通過控制電磁閥使左右氣缸推動夾手加緊坩堝。Z1軸運動提升將坩堝抬到一定高度，然后Y軸帶動坩堝移動到料斗上方后，由翻轉機構通過電機帶動減速機、齒輪機構使坩堝翻轉180°，再由翻轉機構將坩堝翻轉到原位，Y軸運動到同步帶上方，Z1軸下降到位，氣缸松開，石墨坩堝放回到傳送帶上。圖3為程序設計的流程圖，圖4為梯形圖，由于梯形圖過長，這里只給出了程序開始的子程部分。

表2 編程軟件中使用的I/O批注

圖3 系統的程序流程圖

3 結論

圖4 系統的起始程序

本文介紹了基于PLC控制步進電機帶動釩氮合金自動打散與卸料裝置進行相關工作的工作原理以及實現方法，分別從硬件以及軟件部分介紹功能的實現。

硬件部分著重介紹要實現打散與卸料功能所需的模塊，軟件部分介紹如何通過PLC編程軟件，利用梯形圖語言實現各個運動模塊之間的協調運動，文中所提到的設備已經經過現場調試，具有較高的穩定性，達到了設計要求。本文中的系統可以減少工人在復雜惡劣環境中安全事故的隱患，同時也減輕從業人員的勞動強度。

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