廢舊油桶翻新噴砂機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

解俊強(qiáng)，王仲民，鄧三鵬

0 引言

在我國，油品儲(chǔ)存、運(yùn)輸容器大多采用鋼材制成，在經(jīng)過長期的使用后，容器內(nèi)壁會(huì)產(chǎn)生污垢和沉積物，也會(huì)產(chǎn)生鐵銹，在油桶再次投入使用前必須對油桶進(jìn)行清洗[1]；隨著工業(yè)水平的不斷發(fā)展，機(jī)械設(shè)備已逐步地由手動(dòng)操作改為自動(dòng)控制，設(shè)備本身也發(fā)展成為機(jī)電一體化的綜合體[2]。實(shí)際應(yīng)用上雖然存在一些油桶翻新方法，例如化學(xué)除銹、人工清洗，但是那些方法不符合安全、綠色生產(chǎn)要求，或者加工效率低、加工效果參差不齊，所以需要一種自動(dòng)化油桶翻新設(shè)備。

1 油桶翻新噴砂工藝及噴砂機(jī)基本控制方法

這里討論的油桶翻新噴砂機(jī)，是一種對200 L鋼制油桶進(jìn)行翻新加工的機(jī)械裝備，可以對油桶進(jìn)行噴砂除銹，是油桶翻新自動(dòng)化生產(chǎn)線的一個(gè)重要組成模塊。噴砂除銹工藝在造船和修船過程中都有著重要的應(yīng)用，除銹等級可控制在Sa2.5~Sa3之間[3]，是通過砂丸混合射流磨蝕工件表面，使其表層產(chǎn)生塑性流動(dòng)，細(xì)化表層金屬組織結(jié)構(gòu)，改善表層殘余壓縮應(yīng)力[4]。噴砂時(shí)砂丸高速撞擊工件，通過PLC對噴砂加工進(jìn)行自動(dòng)化控制，實(shí)現(xiàn)人機(jī)分離、安全操控。

程序設(shè)計(jì)上，將PLC程序模塊化的編寫方法，可以加快開發(fā)進(jìn)度，提高項(xiàng)目的開發(fā)效率，并且有利于查找程序故障和調(diào)試程序[5]。因此，本文設(shè)計(jì)的噴砂機(jī)的控制系統(tǒng)的特點(diǎn)采取基于PLC的集中控制方法，利用上位機(jī)觸控屏幕對噴砂機(jī)的電氣控制系統(tǒng)和氣、液壓系統(tǒng)進(jìn)行控制操作，完成油桶翻新噴砂工藝的實(shí)現(xiàn)。本文在分析工藝過程的基礎(chǔ)上將噴砂工藝過程分為七道工序，利用模塊化程序設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，循環(huán)調(diào)用子程序方式實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制功能，便于維護(hù)優(yōu)化。

2 噴砂機(jī)工作原理及系統(tǒng)組成

噴砂機(jī)的工作原理是對經(jīng)過熱處理的廢舊油桶桶壁進(jìn)行噴砂打磨，去除桶壁表面的銹蝕以及廢料殘?jiān)瑢?shí)現(xiàn)油桶傳送、油桶轉(zhuǎn)動(dòng)、輸送及回收鐵砂、噴砂打磨等動(dòng)作。對廢舊油桶桶壁打磨主要依靠提砂機(jī)構(gòu)、噴砂機(jī)構(gòu)、噴砂室機(jī)構(gòu)等三個(gè)機(jī)構(gòu)來完成。提砂機(jī)構(gòu)的功用是為噴砂機(jī)提供鐵砂；噴砂機(jī)構(gòu)功能是把鐵砂高速噴出，對油桶壁進(jìn)行打磨；噴砂室機(jī)構(gòu)的功能是讓油桶在噴砂時(shí)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，以確保油桶內(nèi)壁打磨均勻，同時(shí)還要實(shí)現(xiàn)廢舊油桶的接收和傳送。三個(gè)機(jī)構(gòu)間通過連接配合設(shè)計(jì)，保證整體結(jié)構(gòu)緊湊而動(dòng)作完整穩(wěn)定。通過對噴砂工序流程順序以及機(jī)構(gòu)所實(shí)現(xiàn)動(dòng)作進(jìn)行分析，噴砂機(jī)要依次完成七步工序，步序流程如表1.

表1 步序流程表

3 PLC控制程序設(shè)計(jì)

3.1 程序流程圖

根據(jù)工序控制要求，七步工序循環(huán)運(yùn)行，程序流程圖如圖1所示。檢測程序作用是運(yùn)行程序之前對系統(tǒng)進(jìn)行故障檢測，以保障系統(tǒng)運(yùn)行的安全有效；排除系統(tǒng)故障后進(jìn)行自動(dòng)程序運(yùn)行，或選擇手動(dòng)程序?qū)Ω鞴ば蜻M(jìn)行單獨(dú)控制。為便于程序的調(diào)整，本文將程序結(jié)構(gòu)分為三級：一級為主程序；二級為自動(dòng)程序、手動(dòng)程序和檢測程序；三級為各工序單獨(dú)控制程序，即上桶、關(guān)倉門、噴砂機(jī)揚(yáng)起、噴砂打磨、噴砂室回位、開倉門和下桶。

圖1 程序流程圖

3.2 系統(tǒng)I/O分配表及PLC接線圖

通過對工序流程的分析，本文設(shè)計(jì)的噴砂機(jī)控制系統(tǒng)需要7個(gè)信號(hào)采集點(diǎn)、4個(gè)控制按鈕作為PLC的輸入點(diǎn)，因此分配系統(tǒng)輸入輸出點(diǎn)如表2所示。

表2 系統(tǒng)I/O分配表

噴砂機(jī)系統(tǒng)與PLC的I/O接線圖如圖2所示。

圖2 噴砂機(jī)系統(tǒng)與PLC的I/O接線圖

3.3 PLC控制程序

設(shè)備自動(dòng)運(yùn)行是設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的目的之一。當(dāng)檢測到噴砂室有桶信號(hào)后，倉門氣缸關(guān)閉、噴砂室揚(yáng)起，啟動(dòng)電機(jī)對油桶進(jìn)行噴砂打磨，打磨完成后開倉出桶。如圖3所示為部分自動(dòng)噴砂程序。

圖3 部分自動(dòng)噴砂程序

4 結(jié)束語

本文針對廢舊油桶翻新自動(dòng)化生產(chǎn)線中的噴砂機(jī)進(jìn)行了機(jī)構(gòu)動(dòng)作分析與工作流程分析，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的I/O分配點(diǎn)位及程序流程圖，編寫了PLC控制程序。現(xiàn)場調(diào)試試驗(yàn)證明了該控制系統(tǒng)的有效性。

[1]徐 斌，祝秀琴.油桶清洗工藝研究與設(shè)計(jì)[J].設(shè)備設(shè)計(jì)與維，2004，34（5）：82-83.

[2]盧志珍.基于PLC的全自動(dòng)包裝碼垛生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].無錫：江南大學(xué)，2008.

[3]周曉君，韓延峰，王法永.噴砂除銹機(jī)理及參數(shù)優(yōu)化研究[J].船舶工程，2008，30（1）：66-68.

[4]張海峰，王衛(wèi)華，趙愛玲.基于PLC控制的濕式噴砂機(jī)研究與設(shè)計(jì)[J].機(jī)床與液壓，2015，43（10）：46-49.

[5]謝富珍.S7-200PLC程序結(jié)構(gòu)化的編程方法[J].電子制作，2013（22）：54.