PLC在抛光生产线自动化上砖控制系统中的应用

任国雄　赵勇　麦仲铭　陈志坚

摘 要：陶瓷行业抛光砖生产线“上砖操作”工序中工人劳动强度大，为此，笔者设计和制造了一款适用的自动化上砖机。本文着重阐述上砖机的系统工作原理，介绍如何利用编写应用程序及可编程控制器（PLC），实现上砖机的自动化控制，对提高自动化控制水平及降低工人的劳动强度，提高流水生产线的作业能力大有帮助，并有利于行业推广使用。

关键词：抛光砖生产线；可编程控制器PLC；上砖机；变频器；光电开关；执行机构

1 引 言

在陶瓷抛光砖的生产过程中，窑炉高温烧出来的砖坯不宜立即进行下道工序，而是要求经过下线降温，通过一段时间的应力释放之后，才送到抛光工序。这就需要一个大量贮坯的过程。通常不采用平叠堆垛的方式进行存放，因为平叠堆垛不利于砖坯的应力释放，而是用竖放的方式，把它们紧密排列在砖架内。平放的砖坯容易上抛光线，用机械手吸盘就能很方便地搬上抛光线。但密集竖放在砖架里的砖坯就不容易上抛光线了。以往通常是用人工的方式，逐块把它们搬上抛光生产线。每块砖的重量约16公斤以上，每天要搬上万块砖坯，工人需要消耗的体力劳动非常之大。随着我国经济的持续高速发展，劳动力资源越来越稀缺，特别是国家计划生育政策实施多年之后，从事体力搬运工作的劳动力越来越匮乏。为降低工人的劳动强度、提高机器化作业水平，我们设计和制造了一批专门从事抛光生产线用的自动化上砖机。顾名思义，上砖机就是要从地面上把砖搬运到1米高左右的抛光线上，这样的一种流水作业系统集成装置。本文从上砖机的系统结构出发，介绍它的工作原理，并说明该系统的工作流程。

2 系统结构

本系统由砖架及承载它的载砖车、推砖盘及其气缸、钩砖弯杆及其气缸、挡砖臂及其气缸、上砖皮带系统、电气控制系统、传感器检测系统和电机或气动执行机构组成，如图1所示。以800mm×800mm的砖坯为例，它的厚度通常是11mm，把它们一片紧接着一片竖立斜靠在砖架内，然后用叉车将砖和砖架一起叉到载砖车上。载砖车安装在地面之下，在轨道上来回移动，其表面与地面平齐。

从图1的右边往左看砖架得到的视图，就是图2，即砖坯装在砖架内的背视图。结合图2和图3，我们可以知道推砖盘的作用。在砖架的右侧安装一个气缸，用电磁阀YV1控制它驱动推砖盘，把砖架内最前面的一块砖（即图1的位置1的那块砖）从右向左推出来，以便该砖坯停靠在钩砖弯杆下面，钩砖弯杆往下动作就能把此块砖从砖坯队列中分出来。图3的虚线位置就是砖坯被推出来的位置。砖坯有没有被推出来，我们可以用对射电眼来检测，为作图简化，本文省略了对射电眼的画图。

钩砖弯杆也是靠气缸和电磁阀YV2驱动，如图4所示，左图上面的气缸从上往下伸展，迫使钩砖弯杆围绕转动支点O1自上而下、自右至左做圆弧运动，把位置1处凸出来的砖勾下来，而其余的砖不在钩砖弯杆的动作范围之内，不受影响。注意O1、O2、O3这三个活动支点都必须是可转动的，否则不能完成钩砖动作。被钩选下来的砖倒下来之后，靠在挡砖臂的活动胶轮上，如图4的右图所示位置2。

挡砖臂同样也是靠气缸电磁阀YV3来驱动，它的转动轴与皮带轮同轴，挡砖臂同样只有两个位置，支撑砖位和放下砖位是由气缸的两个极限位决定的。为简便作图，此处气缸不再画出来，如图5所示。挡砖臂转下来后，砖坯被放下来紧靠在输送皮带之上，随着皮带轮的转动向上爬坡传送。

电气控制系统组成：以西门子可编程控制器S7-226为主控中心，由它接收主令控制信号及各种传感器输入信号，经内部程序运行后，输出驱动电磁阀使各气缸动作或者电机转动。系统的电气原理图较简单，不再画出，PLC的各输入输出点分配如下：

I0.0 停止开关

I0.1 启动按钮

I0.2 挡砖光电开关S8，挡砖臂竖起来时亮

I0.3 推砖光电开关S7，推砖盘收回后亮

I0.4 钩砖光电开关S6，钩砖弯杆在高位时亮

I0.5 隔砖光电开关S5，前一块砖离开S5之后，才能上后一块砖

I0.6 定位光电开关S4，载砖车往左运动时，由它检测到砖坯信号使之停止

I0.7 载砖车左限位S3，防止载砖车向左（前）运动极限位

I1.0 载砖车右限位S2，防止载砖车向右（后）运动极限位

I1.1 砖坯落靠检测S1，分砖后砖坯停靠在挡砖臂上的确认信号

I1.2 对射电眼检测S0，用来检测砖坯是否被推出来

I1.3 载砖车手动向左移动（前进）

I1.4 载砖车手动向右移动（后退）

I1.5 手动挡砖动作

I1.6 手动推砖动作

I1.7 手动钩砖动作

I2.0 系统复位

Q0.0 推砖电磁阀YV1

Q0.1 钩砖电磁阀YV2

Q0.2 挡砖电磁阀YV3

Q0.3 载砖车左移（前进）

Q0.4 载砖车右移（后退）

Q0.5 上砖皮带轮电机

Q0.6 故障报警

3 系统动作过程

砖架装满砖坯后，用叉车整体搬运到载砖车上的固定位置，按下启动按钮，PLC的Q0.3输出通过变频器驱动电机M1使载砖车往前移动，直到光电开关S4检测到最前面的第一块砖坯到位才停下来，如图1中的位置1，PLC的Q0.0输出使推砖电磁阀YV1动作，经气缸驱动把最前一块砖坯从砖架的右侧推向左侧一段距离，使之位于钩砖弯杆的动作范围之内，推砖完成之后，用对射电眼检测砖坯是否推出至预定的位置。推砖完成之后，推砖盘要回归原位，YV1失电。接下来由Q0.1输出驱动电磁阀YV2，使气缸活塞往下动作，带动钩砖弯杆从上至下、从后往前运动，把推砖后凸出来的最前一块砖，从砖架里钩选出来，使之往前倾倒下来，砖坯压靠在挡砖臂上，如图4所示的位置2，可由光电开关S1检测出来。在确认最前一块砖被钩下来之后，电磁阀YV2失电，钩砖弯杆往上回归原位。当光电开关S5位置检测到皮带上无砖时，YV3失电，挡砖臂往下撤，如图5所示，此时砖坯再往下沉并靠到了皮带上，随着皮带的运动往上输送。当砖坯往上爬到光电开关S5位置时，Q0.2再次输出，YV3得电，挡砖臂重新竖起来。载砖车再次往前移动一点，重复推砖—钩砖—挡砖—送砖的过程，只有当前一块砖离开S5的位置，如图5中的位置3，才能使后一块砖跟着往皮带上送。如此循环往复，把砖架内的所有砖坯送完为止，最后Q0.4动作，使载砖车后退，直到右限位为止。

4 应用程序的编写

明确动作过程之后，系统的应用程序就不难编写了，本文以载砖车的动作为例，说明程序的编制写方法。列出载砖车向前移动的诱发原因：初次启动按钮被按下、再次送砖、手动点动向前。

列出载砖车不能向前移动的原因：钩砖弯杆及推砖盘没回位、上砖传送没完成、前限位信号、砖被推出。

终止载砖车前移的条件：定位光电开关检测信号和前限位信号和停止按钮。

列出载砖车向后移动的诱发原因：复位信号和送砖完成及手动后退。

列出载砖车不能向后移动的原因：钩砖弯杆没有收回、推砖盘没回位及后限位信号、砖被推出。

终止载砖车后移的条件：后限位和停止按钮。

将以上几点进行有机结合，可画出载砖车的程序梯形图6如下：

5 功能扩展

为了便于理解，本文阐述简化了的上砖机的结构和工作原理，在实际应用中已经根据需要进行了不少的改进，例如：每次上砖一块，可改成上砖一组多块，在程序中，修改VW100的参数即可实现，VW100数值大，上砖块数多，通常不超过4块。一组多砖的方式上砖，在后续的传送中，要求加装分砖装置。再例如：为了节省叉车装载砖坯的耗用时间，通常设计有两套载砖车，当一套正在自动化上砖工作时，另一套载砖车用于叉车装载砖坯候用，二者轮流工作，极大缩短因装载而引起的后续抛光机的空档时间，不过两套载砖车之间的工作要有切换装置，结构设计和应用程序也就更为复杂。

6 结束语

上砖机，是我们应用可编程控制器PLC在自动化控制领域里的一个实用范例，它成功地在笔者所在公司的每条抛光生产线进行推广和应用，工作非常稳定可靠，达到了预期的目的。有了它，能有效地降低工人的劳动强度，减少了岗位人数，对提高工作效率，实现装备自动化大有裨益。在上砖机的开发过程中，也得到了湘潭电校电气化04班师生的技术上大力指导和无私帮助，在此谨表谢意！