一種磷酸鐵鋰材料自動(dòng)上料控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

張雷

摘要：近年來，在國家大力發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè)的背景下，新能源電池材料也在蓬勃發(fā)展，其中正極材料尤以三元材料和磷酸鐵鋰產(chǎn)量占比較大，本文針對磷酸鐵鋰材料設(shè)計(jì)了一套自動(dòng)上料控制系統(tǒng)，通過給料伺服軸設(shè)置三段速裝料，稱重儀表測量實(shí)時(shí)裝缽量，垂直伺服上下移動(dòng)等結(jié)構(gòu)的結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)上料工位自動(dòng)精準(zhǔn)裝料，控制裝料精度在±50g，滿足了市面上較大多數(shù)生產(chǎn)廠商的工藝需求，具有廣闊的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：三段速裝料;自動(dòng)裝料;高精度

引言

隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，人們對于生產(chǎn)自動(dòng)化的水平要求也愈來愈高，其中對于自動(dòng)線的上料工位要求是既要裝缽快速，也要精準(zhǔn)裝料。在保證生產(chǎn)產(chǎn)量的同時(shí)也要不斷優(yōu)化生產(chǎn)物料的質(zhì)量以達(dá)到生產(chǎn)的“快而優(yōu)，穩(wěn)且準(zhǔn)”的效果。

1、控制系統(tǒng)簡介

本設(shè)計(jì)的自動(dòng)裝料控制系統(tǒng)是以西門子ET200系列PLC作為控制單元，輔以稱重控制儀表，搭配給料螺旋伺服、上下移動(dòng)單軸伺服、線體電機(jī)、攪拌電機(jī)等控制器件組成。

上料工位分為內(nèi)部腔體部分及料倉部分;料倉內(nèi)包含有攪拌電機(jī)帶動(dòng)的攪拌桿，用于料倉內(nèi)物料的攪拌及刮下料倉壁附著物料，給料伺服軸帶動(dòng)的給料螺旋桿，用于螺旋旋轉(zhuǎn)擠壓下料，料倉上方放置著稱重傳感器，用于檢測料倉物料的重量;腔體內(nèi)分為線體傳輸部分及上料部分，線體傳輸中線體電機(jī)用于輸送空匣缽進(jìn)入上料工位，運(yùn)行至阻擋氣缸前停止;阻擋氣缸用于固定匣缽?fù)７盼恢茫怪疁?zhǔn)確停放在料盤上。上料部分中在的上下移動(dòng)的單軸上安裝有料盤稱重傳感器，用于實(shí)時(shí)檢測裝料的重量;料盤固定在稱重傳感器上，用于承接匣缽;抽塵口用于檢測裝料過程中的揚(yáng)塵;余料收集口用于回收灑入料斗內(nèi)的物料。

1.料倉稱重模塊;2.料倉; 3.匣缽?fù)媳P;4.料盤稱重模塊;5.腔體內(nèi)抽塵口;6.阻擋氣缸;7.線體傳動(dòng)電機(jī);8.余料收集口.

2、控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

上料工位控制系統(tǒng)的硬件部分主要有由變頻器控制的傳動(dòng)電機(jī)、伺服驅(qū)動(dòng)器控制的伺服電機(jī)、電磁閥控制的氣缸執(zhí)行器以及稱重儀表控制器等;傳動(dòng)電機(jī)及伺服電機(jī)為常見接法，下面主要介紹稱重控制方式，下圖為所使用的某品牌的稱重儀表控制器硬件接線圖，稱重儀表控制器的供電為24V，通過 MODBUS 485通訊將稱重傳感器采集的重量傳送到稱重儀表上。儀表上的管腳INT1為儀表手/自動(dòng)控制信號(hào)，當(dāng)INT1位高電平（即與24V接通）時(shí)，將啟動(dòng)邏輯控制，工作方式為自動(dòng);當(dāng)IN1為低電平（即與24V斷開）時(shí)，邏輯控制停止，工作方式切換為手動(dòng)。管腳INT3為去皮信號(hào)，當(dāng)INT3為高電平時(shí)，將稱重料盤去除皮重，稱重重量為凈重重量;管腳OUT1、OUT2、OUT3為大、中、小進(jìn)料輸出信號(hào)，當(dāng)控制器處于快速加料、中速加料、慢速加料狀態(tài)時(shí)，這三個(gè)輸出信號(hào)分別導(dǎo)通。

3、控制系統(tǒng)PLC程序設(shè)計(jì)

上料工位的PLC程序使用SCL編程語言編寫，將上料工位的線體傳動(dòng)、氣缸動(dòng)作及裝料過程集中在一個(gè)FB塊中編寫，便于程序的調(diào)用及程序調(diào)試人員查看。上料裝料控制過程主要是通過在稱重控制儀表中設(shè)定一個(gè)裝缽目標(biāo)值，給定一個(gè)裝缽補(bǔ)償值，設(shè)定裝料的大、中、小進(jìn)料的階段限定值。其中，料倉采用三點(diǎn)式稱重傳感器，需要設(shè)定料倉物料稱重的上限位，下限位，當(dāng)料倉達(dá)到下限位時(shí)，表示料倉物料到達(dá)缺料限值，需要補(bǔ)充物料，當(dāng)料倉到達(dá)上限位時(shí)，表示料倉物料到達(dá)滿料限值，需要停止補(bǔ)料。

上料工位在裝料之前需要將裝物料的匣缽的重量去除掉，即稱重儀表去皮，裝料過程中的裝缽重量為匣缽內(nèi)物料的實(shí)時(shí)凈重值。下料過程中，料倉給料伺服軸旋轉(zhuǎn)擠壓物料致使物料下落，料口螺旋包含有脫氣裝置，能夠保證自然狀態(tài)下可以鎖住物料，避免物料灑落。

在下料過程中也會(huì)判斷料倉的實(shí)時(shí)重量，當(dāng)料倉重量低于下限值時(shí)，會(huì)給上道工位發(fā)生缺料請求信號(hào)。但是，若正在裝料的過程中，若是料倉重量低于下限值時(shí)，會(huì)在當(dāng)前匣缽裝完物料，給料螺旋停止之后再發(fā)生缺料請求，這樣可以避免下面料口處在裝物料，上料料倉補(bǔ)料同時(shí)存在，而導(dǎo)致的物料沖擊影響裝料重量。

在下料過程中，當(dāng)開始裝料然后到達(dá)Z軸慢速啟動(dòng)的設(shè)定時(shí)間后，上下移動(dòng)的單軸也會(huì)啟動(dòng)，開始慢速的向下移動(dòng)，這樣可以保證下料過程中料口不會(huì)有堆積物料而導(dǎo)致的物料稱重值偏差，能夠較好的提升裝料的稱重精度。

最重要的是，在裝料的過程中，大、中、小進(jìn)料時(shí)，需要匹配給料伺服的快給料、中給料、慢給料三段速。通過設(shè)定重量限定值與給料速度相結(jié)合，能夠較為精準(zhǔn)地控制物料重量。例如：設(shè)定重量為10.0Kg，中進(jìn)料值為0.5Kg，小進(jìn)料值為0.1Kg，補(bǔ)償值為0.0Kg;給料伺服速度快給料值為1000度/秒，中給料值為500度/秒，慢給料值為80度/秒。表示的意思是，當(dāng)前匣缽所需要裝的物料重量為10Kg，開始裝料時(shí)給料伺服速度以快給料1000度/秒裝料，當(dāng)還剩0.5Kg的物料未裝（即匣缽內(nèi)已經(jīng)裝了9.5Kg的物料）時(shí)，此時(shí)給料伺服速度切換至中進(jìn)料值500度/秒，當(dāng)還剩0.1Kg的物料未裝（即匣缽內(nèi)已經(jīng)裝了9.9Kg的物料）時(shí)，此時(shí)給料伺服速度切換至慢進(jìn)料值80度/秒，然后至匣缽裝料完畢，伺服停止。

通過這樣三段速的設(shè)計(jì)，由稱重控制儀表實(shí)時(shí)重量值來控制給料伺服的實(shí)時(shí)速度值，這樣既保證了裝料過程的快速、高效性，也保證了裝料重量的精準(zhǔn)、穩(wěn)定性。

4、總結(jié)

本文針對近年來高熱度的新能源材料中的磷酸鐵鋰材料，設(shè)計(jì)出一套基于PLC控制的自動(dòng)裝料控制系統(tǒng)，結(jié)合了市面上的稱重控制儀表及西門子的伺服電機(jī)，通過硬件及軟件的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中的產(chǎn)量、質(zhì)量雙追求目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

[1]盧雪影.基于PLC控制的稱重加料系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析.

[2]廖常初.PLC編程及應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2015.

[3]吉順平.可編程控制器應(yīng)用及原理.北京：機(jī)械出版社，2011.