基于PLC的钒氮合金自动卸料装置的控制系统研究与设计

薛静静，秦东兴

XUE Jing-jing1 , QIN Dong-xing2

（1.成都信息工程大学 电子工程学院，成都 610225；2.成都信息工程大学 控制工程学院，成都 610225）

0 引言

由于钒氮烧结矿生产过程中处于的特殊生产环境，即高炉在烧结过程中，温度有上千度，室内工作温度在夏季经常会达到40℃左右，比一般企业恶劣的多。在如此环境之下，从业人员在烧结矿的生产线上，常年经受着高温酷热，而且由于烧结矿倾倒与制作过程中粉尘严重，对身体会造成极大的伤害，为此，设计了此设备。装置安放在工厂内部，工人只需要按动电器开关上电，再通过触摸屏控制机械机构的运动，避免了通过人力去翻动、倾倒烧结矿。

本文中，使用可编程控制器（PLC，Programmable Logic Controller），它实质是一种专用于工业控制的计算机，在工业中应用广泛。PLC的结构基本上与微型计算机相同，并且，PLC具有鲜明、独特的特点，如使用方便，编程简单；功能强大，性价比相对较高。文章中使用了台达PLC，PLC选型为DVP48EH00T3，I/O各有24个，通过编辑梯形图控制电机进行相应的动作。

1 自动打散、卸料设备设计目标与工作原理

1.1 打散、卸料设备要完成的预定目标

装置的控制系统应用用于公司或企业的烧结矿流水线的卸料部分，可提高生产线的自动化程度，节约劳动力。特殊的环境下，所需的卸料设备的设计需要充分了解使用所处的环境，即温度、工作环境，并且需要采用实际有效的密封方法和耐高温的电气设备，保证设备在恶劣的环境中能够正常运行；其次要考虑烧结的工艺，使用打散机构来实现烧结块在石墨坩埚内的打散动作，保证烧结矿能顺利落下。设备的运行过程由两个部分构成，一是把坩埚内烧结好的烧结矿与石墨坩埚间抖松，二是把抖松后的坩埚，通过机械机构自动夹持到料斗区倒入料斗中，然后将石墨坩埚放回原来得位置。

1.2 自动打散、卸料设备的工作原理

一个动作周期的工作过程为：系统需要接收炉控PLC发出的来料信号，然后打散装置下行到打散位置，打散气缸执行打散，打散后回归打散原点。等待外围传送装置及传送带把坩埚运送到夹持位置，炉控PLC发出执行夹料命令，夹料装置自动夹持到料斗区倒掉里面的烧结矿，然后回归原位，最后反馈一个信号给炉控PLC。

2 台达PLC构建的机构控制系统的方案设计

2.1 硬件设计

自动卸料装置系统的硬件的上位机为触摸屏，下位机为台达的PLC，台达的PLC可控制设备进行一系列的动作，通过与上位机的通信，来执行相应的操作，方便工作人员控制，也可实现远距离操作，避免了在卸料工程中出现的粉尘对人身体造成的伤害。如图1所示，PLC的I/O接口连接到了需要控制的硬件部分。

触摸屏选用了台达的DOP-B07S411，图2为设计的触摸屏的界面图。触摸屏界面主要设计了手动模式和自动模式，以及对设备的动作所进行的操作与复位功能，操作简单方便。

图1 系统硬件图

表1 机构器件的选型列表

2.2 系统软件的设计

系统的软件是在WPLSoft软件中，编写程序完成设计的。编程采用了直观的梯形图来完成，方便修改程序，简化操作。

2.2.1 I/O口的定义

PLC的I/O点如下：

输入点：4个直线运动模组，极限位置的限位开关8个；Z方向运动机构，夹持位置和倒料位置共4个，2个到位开关；生产线上坩埚到打散位置检测：2个到位开关。

输出点：6个电磁阀，6个输出；计数报警输出：2个；4个步进电机，脉冲和方向，共8个输出点。

图2 手动模式与自动模式的界面图

2.2.2 控制程序的设计

设备的控制程序分为手动模式和自动模式，通过触摸屏进行设备的运行操作。

在手动模式中，各运动装置与翻转装置采用点动方式，打散气缸和夹紧气缸为交替按钮，按下时会保持，再按一次会关闭。每个运动装置和翻转装置可以自动复位。自动模式下，各运动装置无法进行点动。当切换到自动模式后，如果初始状态各轴机构没有在原点状态，按下电控箱上的复位按钮，各轴会自动回原点，然后按一下启动按钮，程序启动，自动进行运行。

1）打散动作的控制

由传感器检测下个坩埚到位，Z2轴将打散机构下降到移动位置，然后由PLC通过控制电磁阀，控制气缸让打散机构将烧结块打散。

2）抓取和翻转动作的控制过程

由传感器检测到被打散后的坩埚到位，Z1轴带动Y轴和夹持机构下降到指定的位置，PLC通过控制电磁阀使左右气缸推动夹手加紧坩埚。Z1轴运动提升将坩埚抬到一定高度，然后Y轴带动坩埚移动到料斗上方后，由翻转机构通过电机带动减速机、齿轮机构使坩埚翻转180°，再由翻转机构将坩埚翻转到原位，Y轴运动到同步带上方，Z1轴下降到位，气缸松开，石墨坩埚放回到传送带上。图3为程序设计的流程图，图4为梯形图，由于梯形图过长，这里只给出了程序开始的子程部分。

表2 编程软件中使用的I/O批注

图3 系统的程序流程图

3 结论

图4 系统的起始程序

本文介绍了基于PLC控制步进电机带动钒氮合金自动打散与卸料装置进行相关工作的工作原理以及实现方法，分别从硬件以及软件部分介绍功能的实现。

硬件部分着重介绍要实现打散与卸料功能所需的模块，软件部分介绍如何通过PLC编程软件，利用梯形图语言实现各个运动模块之间的协调运动，文中所提到的设备已经经过现场调试，具有较高的稳定性，达到了设计要求。本文中的系统可以减少工人在复杂恶劣环境中安全事故的隐患，同时也减轻从业人员的劳动强度。

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