等離子機(jī)床切割煙塵收集裝置組態(tài)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討

姜愛(ài)寧，岳源遠(yuǎn)，韓小勇，姜洪旗

（山東核電設(shè)備制造有限公司，山東 海陽(yáng) 265118）

工業(yè)煙塵是大氣污染的主要來(lái)源，板材切割從人工到自動(dòng)化，從火焰切割到等離子切割、激光切割，技術(shù)不斷進(jìn)步并普及。然而，無(wú)論切割技術(shù)如何進(jìn)步，切割過(guò)程中產(chǎn)生的煙塵始終沒(méi)有減少，它不僅危害著人類的健康，而且還消耗了大量的能源。

切割煙塵的收集處理有多種形式：水下切割、下吸式切割、水床+側(cè)吸式切割等，本文設(shè)計(jì)制造了一種低吸+側(cè)吸的煙塵收集裝置，在使用過(guò)程中根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際要求，設(shè)計(jì)了組態(tài)式集中控制電氣方案，能夠以極其簡(jiǎn)單的控制方式，滿足煙塵的自動(dòng)控制收集。

1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)整體硬件組成有上位PC機(jī)裝置、無(wú)線信號(hào)傳輸裝置、PLC中央控制裝置、煙塵濃度檢測(cè)裝置、氣動(dòng)缸工作裝置，切割定位裝置、煙塵收集凈化裝置。

系統(tǒng)工作原理如下：

（1）上位PC機(jī)人機(jī)界面通過(guò)串口與無(wú)線裝置進(jìn)行雙向通信，信息通過(guò)無(wú)線裝置發(fā)射和接收于PLC中央控制裝置進(jìn)行雙向通信。

（2）PLC中央控制裝置接收上位機(jī)PC的執(zhí)行信號(hào)，對(duì)系統(tǒng)控制裝置、氣動(dòng)缸工作裝置、煙塵收集工作裝置，進(jìn)行指令操作，完成PC機(jī)組態(tài)控制要求。

（3）煙塵濃度檢測(cè)裝置將煙塵濃度的檢測(cè)信號(hào)傳輸給中央控制PLC,PLC進(jìn)行信號(hào)比對(duì)處理，同時(shí)，將污染指數(shù)傳給上位機(jī)PC顯示，上位組態(tài)界面顯示當(dāng)前煙塵濃度值，同時(shí)，執(zhí)行數(shù)據(jù)儲(chǔ)存。

（4）切割定位裝置將切割機(jī)的現(xiàn)在工作狀態(tài)切割信號(hào)傳遞給中央控制PLC、控制信號(hào)進(jìn)行程序計(jì)算比對(duì)，將設(shè)備切割位置及其工作狀態(tài)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)PC,組態(tài)界面將顯示目前設(shè)備切割位置及其煙塵收集裝置的工作狀態(tài)。整體工作系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

圖1 整體工作系統(tǒng)原理圖

2 組態(tài)系統(tǒng)選型設(shè)計(jì)

2．1 硬件選型

PC上位組態(tài)機(jī)是人機(jī)交互的界面，按照工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的工作環(huán)境條件，選用了研華工控機(jī)，滿足其連續(xù)工作、環(huán)境惡劣的工作要求。

無(wú)線傳輸系統(tǒng)選擇了經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證的ASTM D4541，可以滿足EMC試驗(yàn)驗(yàn)證要求，不會(huì)產(chǎn)生信號(hào)干擾和傳輸問(wèn)題。

PLC中央控制系統(tǒng)選用西門子最新的SMART系列S200，其硬件組態(tài)簡(jiǎn)單，功能強(qiáng)大。

氣動(dòng)控制裝置采用SMC系列產(chǎn)品，可以在惡劣高溫的環(huán)境下，保證氣動(dòng)缸的密封性和靈活性。

2．2 軟件選型

為了實(shí)現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的組態(tài)控制，系統(tǒng)選用了組態(tài)王5.5組態(tài)軟件，該組態(tài)軟件包含I/O驅(qū)動(dòng)程序、網(wǎng)絡(luò)通信程序和串口通信程序，可以連接不同品牌的PLC，進(jìn)行通信控制，而且，它是一款以PC為核心的用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集和過(guò)程控制的專用軟件，可應(yīng)用在自動(dòng)控制系統(tǒng)一級(jí)的軟件平臺(tái)和開(kāi)發(fā)環(huán)境。

PLC選用西門子最新開(kāi)發(fā)的SMART系列，它編程簡(jiǎn)單，具備網(wǎng)絡(luò)通信功能，組件簡(jiǎn)單，選型豐富，功能強(qiáng)大。

3 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

煙塵整體設(shè)置裝置機(jī)構(gòu)如圖2所示。

圖2 煙塵整體設(shè)置裝置結(jié)構(gòu)

為了滿足煙塵的充分收集，在切割臺(tái)的設(shè)置上，采用底部分槽設(shè)置工藝，根據(jù)切割機(jī)在哪個(gè)部分進(jìn)行切割，打開(kāi)對(duì)應(yīng)的收集艙門，這樣可以滿足煙塵的強(qiáng)力收集，而不會(huì)由于整體部分的打開(kāi)，減弱收集的吸塵能力，收集原理如圖3所示。

圖3 單個(gè)艙門收集煙塵的循環(huán)圖

圖3是單個(gè)艙門收集煙塵的循環(huán)圖示，圖4是整體煙塵收集割臺(tái)的整體設(shè)計(jì)工藝圖。

圖4 整體煙塵收集割臺(tái)的整體設(shè)計(jì)工藝圖

整體控制工作原理：切割機(jī)床在切割開(kāi)始時(shí)，切割位置信號(hào)同時(shí)傳遞給煙塵收集控制系統(tǒng)，在得到位置控制信號(hào)后，開(kāi)啟對(duì)應(yīng)位置的煙塵收集艙門，同時(shí)，在PC組態(tài)界面上顯示艙門開(kāi)啟位置顯示及煙塵濃度指示值，組態(tài)界面如圖5所示。

圖5 控制系統(tǒng)PC組態(tài)圖

圖5是系統(tǒng)控制的組態(tài)圖，包括自動(dòng)開(kāi)啟按鈕，各個(gè)艙口煙塵濃度顯示，煙塵收集艙門開(kāi)啟狀態(tài)指示，煙塵濃度記錄數(shù)據(jù)，煙塵濃度歷史曲線指示。

4 工程應(yīng)用驗(yàn)證

上述激光切割煙塵收集在車間進(jìn)行了單臺(tái)分部試驗(yàn)，試驗(yàn)中采用原始的切割方式進(jìn)行，在采用切割材料一樣、切割尺寸一樣的情況下，分部驗(yàn)證了切割現(xiàn)場(chǎng)煙塵的情況，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)照片如圖6所示。

該經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證設(shè)計(jì)的等離子煙塵收割裝置在機(jī)床進(jìn)行切割的過(guò)程中，能完成整體的煙塵收集，不會(huì)對(duì)外界產(chǎn)生環(huán)境的二次空氣污染，能夠保證完全收集生產(chǎn)中連續(xù)批量化的生產(chǎn)作業(yè)產(chǎn)生的煙塵，具有防止煙塵污染大氣的功能，獲得了良好的工程實(shí)踐應(yīng)用，同時(shí)，與其他設(shè)計(jì)形式相比，設(shè)計(jì)制造的成本低，完全滿足了實(shí)際試用的功能要求。

圖6 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)照片

5 結(jié)語(yǔ)

（1）通過(guò)對(duì)激光煙塵收集裝置的研究，獲得了煙塵收集裝置整體工藝設(shè)計(jì)。該工藝簡(jiǎn)單，可重復(fù)操作性強(qiáng)，滿足了工業(yè)生產(chǎn)中連續(xù)生產(chǎn)要求，具有良好的工程應(yīng)用性和經(jīng)濟(jì)性。采用整體收集、單體艙門開(kāi)啟的技術(shù)方案，為工廠車間切割煙塵收集提供了一種新型的施工工藝。

（2）在激光切割煙塵收集控制裝置中，通過(guò)大量的數(shù)據(jù)測(cè)試，控制系統(tǒng)的功能完全滿足了使用要求。在收集過(guò)程中，能夠自動(dòng)跟蹤切割位置，并且自動(dòng)檢測(cè)煙塵的濃度，完成了不符合直接排放空氣的煙塵整體收集功能，正確開(kāi)啟了收集煙塵收集艙門功能，在系統(tǒng)中保證收集煙塵濃度數(shù)據(jù)的記錄以及原始數(shù)據(jù)的保存，滿足了環(huán)保部門的整體環(huán)保數(shù)據(jù)查詢、監(jiān)測(cè)要求。

（3）由于切割過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量的高溫固態(tài)碎渣，可能會(huì)掉落到對(duì)應(yīng)的檢測(cè)傳感器元器件上，造成元器件的損壞，所以，在實(shí)際使用過(guò)程中，對(duì)監(jiān)測(cè)傳感器的防護(hù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)是必要的。