一種新型取樣裝置及其控制系統

向平

金東紙業（江蘇）股份有限公司 江蘇鎮江 212000

礦石經過超細研磨，加工成C98/C95/C65粒徑的重質碳酸鈣，應用在造紙工藝中。礦石的品質影響紙張的白度，劣質礦石與優質礦石價格也是天壤之別。品質管控必須對礦石合理取樣，因礦石堆放及運轉環境惡劣，給人工手動帶來很大的難度，同時人工取樣選擇性強。為了克服人工取樣的不足，結合現場，筆者結合現場的位置，在礦石輸送皮帶的下料口，設計一套全自動隨機取樣裝置，根據生產管理需求，開發了靈活的人機接口及自動控制程序，從而減少人員勞動強度，隨機抽檢礦石品質，方便品質管理[1]。

此自動取樣裝置，包括取樣裝置、驅動裝置、自動控制系統。取樣裝置由取樣槽、軌道組成；驅動裝置由氣動電磁閥、氣缸等組成；自動控制系統有PLC、上位機及相應的人機接口程序和邏輯控制程序。

1 材料與方法

取樣裝置（見取樣裝置圖）：取樣裝置主體部分包含取樣槽1、滑動軌道2、樣品收集容器3、軟質取樣刃6、取樣容器3組成，取樣槽1是通過鋼板焊接，軟質取樣刃可以由橡膠等軟質材料制成，固定在取樣槽1的上端，以避免取樣槽1與傳送帶5直接接觸產生磨損或引發故障。取樣槽1安裝在滑動軌道2之上，取樣容器3設置于取樣槽的下方，取樣裝置安裝在礦石輸送皮帶5的下料口，輸送皮帶上的礦石，落入取樣槽后，通過取樣口7，自動落入取樣容器，用于化驗礦石品質。取樣槽尾端為喇叭形，且取樣槽靠近取樣口一端的開口的寬度小于等于取樣口的直徑。自動取樣裝置與地面保持30°-70°，確保礦石能滑落至收料口。取樣裝置本體部分外圍加裝密封倉，減少粉塵飛揚造成的環境污染。

取樣裝置圖

2 驅動部件及驅動機構

是由雙動標準氣缸（取樣裝置圖4）、氣動電磁閥及配套氣動回路組成，行程氣缸4的活塞桿與取樣槽1相連，氣動電磁閥控制氣缸伸縮，從而帶動取樣槽1往返運動。氣動電磁閥采用二位五通單控閥，P口與工廠壓縮空氣氣源連接，兩個A/B口與雙作用氣缸的進、出氣口連接，電磁閥線圈電壓等級一般采用DC24V或AC220V，本案采用DC24V，與PLC Output模塊輸出信號電壓等級相符，工廠壓縮空氣氣壓為5-6bar。

2.1 自動控制系統

是有 PLC（Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器）I/O（Input/Output）模塊及OS（operation system）組成，為了節省制造成本，本案控制邏輯程序及人機接口程序開發在原礦石轉運控制系統中進行，原系統是AB-SLC500系列PLC處理器，OS是ROCKWEL RSVIEW32軟件編寫的人機界面，處理器與OS是通過DH+協議進行通訊，在OS上開發“取樣裝置操縱設置及監控”窗口，操縱設置包括每次取樣的時間、等待時間（即相鄰兩次取樣之間的間隔時間），監控信息包括取樣裝置的位置限位信號、報錯信息；在PLC處理器中開發取樣裝置控制邏輯程序，即控制系統根據OS的設定參數，經過PLC CPU邏輯處理，再通過PLC輸出信號（output），控制電磁閥動作，行程氣缸兩端裝有兩個磁性感應開關，開關的信號接入PLC輸入模塊（input），用于反饋取樣裝置的動作情況，當控制氣缸的信號發出后，0.5秒沒能收到相應的位置反饋信號，在OS上就會出現報錯信息及觸發“Horn”功能，發出警報聲響，以便及時提醒檢修處理[2]。

2.2 具體實現

通過OS上預先設定每次取樣的時間、等待時間，例如，在本實施例中，設定取樣時間為2秒，等待時間為60秒，也可以根據生產管理需求靈活設置取樣時間和等待時間，例如設定取樣時間為3秒、5秒；設定等待時間為90秒、120秒。在礦石輸送傳送帶運轉時，自動取樣裝置控制功能激活，控制器程序開始計算等待時間，當等待時間達到預設時間60S后，控制器通過Output模塊發出DC24V電信號控制氣動電磁閥吸合，壓縮空氣通過電磁閥進入氣缸前腔，氣缸活塞桿收縮，推動取樣槽靠近礦石輸送傳送帶，這時輸送傳送帶上的礦石落至取樣槽，當設定的取樣時間2S達到后，控制器控制電磁閥的信號失電，氣動電磁閥自動復位，壓縮空氣進入氣缸后腔，氣缸活塞桿伸出，驅動取樣槽回至home位置，并進入等待時間，在取樣槽回程過程中，礦石樣品滑落至取樣容器。自動取樣裝置循環上述步驟，重復進行取樣工作[3]。

3 結語

通過一系列的設計、研發、制作及安裝調試，此全自動礦石取樣裝置已在本公司成功應用，取樣裝置僅需在上位機上輸入所需的取樣間隔時和等待時間，就可由實現自動取樣。從而減少人員投入，改善操作環境，提高取樣效率，確保及時管控礦石品質，得到生產管理部門的高度認可，也得到政府環保部門的高度肯定。