自動上料裝置PLC改造研究

凌黎明　鄭法明

【摘 要】隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，自動化生產(chǎn)模式逐漸推廣普及，相較于人工生產(chǎn)，自動化生產(chǎn)的效率更高。上料裝置是自動化生產(chǎn)中比較常見的一類機械設備，隨著生產(chǎn)規(guī)模的增大，傳統(tǒng)上料裝置的許多問題都暴露出來，例如效率低、耗能高等。針對以上問題，文章將探討基于PLC的自動上料裝置的改造。

【關(guān)鍵詞】自動上料裝置;PLC;改造

【中圖分類號】TH237.1 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2020）07-0066-02

0 引言

我國現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)作業(yè)中，人工上料和下料的情況基本已經(jīng)消失。工業(yè)化生產(chǎn)水平的提高體現(xiàn)在諸多方面，例如生產(chǎn)組織體系的嚴密化、生產(chǎn)自動化的普及等。與人工上料相比，自動上料可以大幅度提高生產(chǎn)效率，同時使生產(chǎn)消耗大幅度下降。基于PLC的上料裝置進一步簡化了操作工藝，提高了生產(chǎn)安全水平，減少了人力資源的投入。

1 PLC技術(shù)及上料裝置介紹

1.1 PLC技術(shù)的含義和特點

PLC是Programmable Logic Controller的縮寫，根據(jù)國際電工委員會給出的定義，PLC即可編程控制器，是一種專門為工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字運算電子系統(tǒng)，它通過可編程存儲器中所儲存的一系列邏輯運算、順序控制、定時、算數(shù)運算等操作控制實現(xiàn)數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，可以用于不同類型機械加工和生產(chǎn)過程的控制。

PLC的主要構(gòu)成部件包括電源、中央處理單元、存儲器、輸入單元及輸出單元等部分。中央處理單元包含控制器、運算器及寄存器3個部分，其作用是處理和運行程序，涉及邏輯和數(shù)學運算。存儲器的作用是存放系統(tǒng)程序、用戶程序、邏輯變量及其他信息。其中，系統(tǒng)程序是PLC各種控制功能的載體，一般由PLC廠家編寫，并固化到只讀存儲器中，用戶通常不能訪問。輸入單元是PLC和被控制設備相連的輸入接口，負責接收主令元件和檢測元件傳輸?shù)男盘枺窃O備與PLC溝通的橋梁。輸出單元的作用是將PLC的輸出信號傳輸給被控制設備，驅(qū)動被控設備的執(zhí)行元件。

借助PLC技術(shù)可以基于工業(yè)相關(guān)數(shù)據(jù)進行模擬和編程，從而實現(xiàn)工業(yè)環(huán)境安全性及工業(yè)生產(chǎn)效率的提高。在實際應用的過程中，PLC技術(shù)多采用繼電器梯形圖指令達成各項操作，所使用的編程語言十分基礎(chǔ)。與傳統(tǒng)的技術(shù)形式相比，PLC技術(shù)在可靠性方面更勝一籌，同時能耗明顯降低。除此之外，PLC技術(shù)還具有較強的通用性和靈活性，可以利用多種軟件對不同的任務進行控制，這是其能夠獲得廣泛推廣應用的主要原因。PLC技術(shù)之所以具有顯著的可靠性和安全性，在于技術(shù)應用過程中所表現(xiàn)出的自我診斷功能，它能夠?qū)ο到y(tǒng)運行中出現(xiàn)的問題進行診斷和應對解決，并防止此類故障的再次發(fā)生，這使得PLC技術(shù)可以適應多種多樣的環(huán)境，基本上在任何工業(yè)環(huán)境下都可以發(fā)揮出良好的效果。近年來，科學技術(shù)的持續(xù)發(fā)展推動了電子自動化控制的不斷改革，現(xiàn)代化信息技術(shù)基本上已經(jīng)滲透到社會發(fā)展的方方面面，在電氣自動化領(lǐng)域，PLC技術(shù)是信息化技術(shù)應用的一個典型代表。

在自動上料裝置中，PLC技術(shù)可以用于裝置系統(tǒng)動作程序和過程參數(shù)的控制，其中使用到的數(shù)字定時器的功能，比過去的時間繼電器及中間繼電器更加強大。在系統(tǒng)運行過程中，位移傳感器可以實現(xiàn)動作程序和過程程序的靈敏切換，同時可以兼顧比例壓力和比例流量的控制。PLC技術(shù)所采用的程序存儲模式具有較高的靈活性，不僅結(jié)構(gòu)小巧、反應靈敏，程序的更改也十分方便。工作人員可以通操作鍵盤直接完成工業(yè)參數(shù)的修改，提高了生產(chǎn)作業(yè)的精確度。

1.2 自動上料裝置

在工業(yè)生產(chǎn)中，自動上料裝置取代人工完成上料工作，一方面可以縮短生產(chǎn)作業(yè)對原材料需求的供應時間，另一方面可以最大限度地減少生產(chǎn)過程中人為因素的干擾，提高系統(tǒng)運行的安全性。過去，在一些生產(chǎn)規(guī)模較大的企業(yè)中，處于不同工作區(qū)域的工作人員往往需要通過電話進行聯(lián)系和配合，否則很容易出現(xiàn)脫節(jié)現(xiàn)象;而采用自動上、下料裝置則可以將整個生產(chǎn)流程進行整合，由專業(yè)人員進行統(tǒng)一操作，這樣不僅可以減少人力資源消耗，還可以提高生產(chǎn)效率。為了保障上料和生產(chǎn)作業(yè)的有效銜接，自動化上料控制系統(tǒng)必須滿足以下條件：第一，對物料進行準確的計量，同時根據(jù)實際情況對誤差進行補償。在工業(yè)生產(chǎn)配料中，一些機械設備在運行中可能會出現(xiàn)性能變化，物料本身也可能出現(xiàn)理化性質(zhì)的變化，這些都會造成稱量的誤差，需要控制系統(tǒng)自動找回誤差。第二，必須根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求控制裝置自動完成順序上料。第三，對工業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)及控制參數(shù)進行打印和記錄。第四，對系統(tǒng)的工作情況進行檢測并顯示在屏幕上。若是在生產(chǎn)中出現(xiàn)外部機械故障，必須立即發(fā)出警報和故障處理信號。

2 基于PLC的自動上料裝置改造研究

將PLC應用于自動上料裝置中，則裝置的所有操作都需要通過PLC進行控制。根據(jù)一般思路，在自動上料裝置運行的過程中，工件的檢測可以通過光電傳感器實現(xiàn)，而位置控制則采用行程開關(guān)。

在當前工業(yè)生產(chǎn)中，自動上料裝置主要由儲料罐、上料罐、電器控制箱、物料管、氣流管、吸料泵等部件構(gòu)成。在裝置運行的過程中，上料通過轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動，利用摩擦力的效果，使工件達到離心運動的狀態(tài)，實現(xiàn)送料。在裝置啟動后，若出現(xiàn)上料罐中物料高度不足的現(xiàn)象，閘門會自動關(guān)閉。吸料泵的作用是將上料罐抽空，使物料在壓強差的作用下順著物料管從儲料罐進入到上料罐中，之后物料的重力會將閘門沖開，掉落到上料罐的底部，而閘門則會在磁力的作用下重新關(guān)上。自動上料裝置在運行的過程中將不斷重復上述程序，直至上料罐中的物料滿足要求。

在進行改造設計的過程中，想要使自動上料裝置能夠順利出料，應對轉(zhuǎn)盤進行改造，以往的很多設計采用的都是中間高周邊低的模式，目的是利用重力的分力作用控制送料的速度，以此保障物料的正常運輸。圖1所示為自動上料裝置運行的主要流程。

在引入PLC對自動上料裝置進行改造時，需要關(guān)注的內(nèi)容主要有以下幾項。

第一，PLC控制的自動上料設備氣動控制系統(tǒng)設計。這項設計的關(guān)鍵點在于氣缸的選擇，氣缸在工作時主要是利用磁鐵換向閥控制活塞的工作流程。最好選擇質(zhì)量較輕、結(jié)構(gòu)較簡單的雙作用氣缸，這樣可以根據(jù)實際需求進行靈活的改造。

第二，PLC控制自動上料設備電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計。自動上料裝置運行過程中，電機轉(zhuǎn)速的控制至關(guān)重要，因此上料過快或過慢都會對裝置產(chǎn)生不利影響，且威脅到生產(chǎn)作業(yè)的正常開展。對此，可以將變頻器應用到電機控制中，選擇質(zhì)量好、功能性能穩(wěn)定的PLC，實現(xiàn)規(guī)律、高效的自動上料過程。

第三，PLC控制的自動上料設備機械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計。上文提到，自動上料裝置在上料時需要通過轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的摩擦力使工件達到離心運動狀態(tài)，以實現(xiàn)送料的目的。基于這一原理，為了確保裝置能夠正常出料，可以將轉(zhuǎn)盤設計為中間凸起、周邊凹陷的樣式。還需注意的一點是，物料的形態(tài)多種多樣，對于一些粉狀的物料，需要注意其顆粒之間的空隙大小及其宏觀重度，空隙率影響著顆粒物料自身重度和宏觀重度二者之間的差值，而孔隙率的大小則有著許多影響因素，如物料形狀、尺寸等。這就需要設計人員對物料的體積與質(zhì)量進行精準的轉(zhuǎn)換運算，據(jù)此完成自動上料裝置的機械系統(tǒng)的設計。

基于PLC技術(shù)的自動上料裝置的改造設計完成后，將通過PLC程序電子系統(tǒng)對裝置的運行進行控制，實現(xiàn)生產(chǎn)的全自動化，這樣就可以節(jié)省人力資源，將更多的人才投入到高技術(shù)含量崗位，實現(xiàn)整體生產(chǎn)水平的提升。在實際生產(chǎn)中，PLC控制載體的應用可以使自動上料裝置有序、高效地完成送料。

3 結(jié)語

綜上所述，在工業(yè)化不斷深入的背景下，在工業(yè)生產(chǎn)中應用自動上料裝置可以為企業(yè)創(chuàng)造更多的效益，而引入PLC技術(shù)對自動上料裝置進行改造設計之后，可以實現(xiàn)對裝置運行的更精準控制，使上料、送料更好地配合生產(chǎn)作業(yè)的開展，提高生產(chǎn)效率。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，將會有越來越多先進技術(shù)涌現(xiàn)，也會為自動化生產(chǎn)注入更大的活力。

參 考 文 獻

[1]董慧濤.自動上料裝置PLC改造研究[J].中國科技縱橫，2017（1）：58，61.

[2]吳家龍，許光華，李清松，等.基于PLC控制的工業(yè)自動化生產(chǎn)線的設計[J].制造技術(shù)與機床，2019（5）：153-156.

[3]莊文密，周瑜，田會峰，等.基于PLC的工業(yè)卷邊機智能上下料機械手設計[J].制造業(yè)自動化，2017，39（7）：138-141.

[4]王霞.基于PLC控制在上料和下料裝置系統(tǒng)中的使用[J].城市建設理論研究（電子版），2014（19）：730-731.