PLC应用于节块厚度分选机

叶江林

摘 要：本文通过对PLC应用于节块厚度分选机进行改造分析，阐述了节块的分类和选择上应用PLC是可行的，使原来由人工进行的测量分级工作，改变为自动控制测量分级，具有提高工作效率和减少人工误差的优点，提高了企业的经济效益。

关键词：节块厚度；分级；PLC控制

1 概述

本单位的一个下属企业主要生产节块，节块是一种高强度合金，主要作为切割石材的高效刀具。由于节块生产后存在厚度的误差，为适应不同客户的质量要求，产品必须根据误差进行分级。节块分级工作原由两个人使用游标卡尺进行测量分级，由于测量效果受游标卡尺的精度和人的精神状况影响较大，容易造成新的误差，致使人工分级工作效率低、准确度差。为解决这个问题，公司组成了攻关小组，对原系统进行改造，本人有幸负责电气控制部分的改造。

节块厚度分选机首先利用PLC功能强大和可靠性高的优点，整个动作过程的控制全部由PLC来完成。其次，应用光栅尺来测量节块的厚度，测量后把数据输入PLC，利用PLC对测量值的处理能力和运算功能，通过数据的比较，自动控制电磁阀，使节块进入到各级的凹槽中，实现了节块的自动分级。最后，利用触摸屏来设置和显示各级别节块的尺寸和产量。据此，本人制订了整套PLC的改造方案，可行性经攻关小组人员研究后，予以实施，取得很好的效果。

2 控制系统主要的硬件配置

2.1 PLC

控制系统选用三菱公司的FX系列PLC，考虑到经济性和实用性，决定使用型號为FX2N-24MR的PLC，该型号PLC能满足系统的3个要求：

（1）有高速计数器输入口，用于光栅尺的脉冲数据输入；

（2）2个输入口，用于传感器信号输入；

（3）8个输出口，用于控制打开电磁阀。

2.2 触摸屏

控制系统选用三菱公司生产的GOT1000型触摸屏，主要实现3个功能：

（1）作为启动、停止和切换画面按钮使用；

（2）进行数据处理，用于显示节块的产量；

（3）进行数据转换，用于设置各级别节块的尺寸参数。

2.3 光栅尺

光栅尺的全称是光栅尺位移传感器，是利用光栅的光学原理工作的测量反馈装置。其测量输出的信号为数字脉冲，具有检测范围大，检测精度高，响应速度快的特点。本控制系统选用德测公司生产的型号为LES1经济型光栅尺。

LES1型光栅尺是根据物理上莫尔条纹的形成原理进行工作的，在一个莫尔条纹宽度内，按照一定间隔放置4个光电器件就能实现电子细分与判向功能：LES1型光栅尺的栅线为50线对/mm，其光栅栅距为0.02mm，采用四细分后便可得到分辨率为5μm的计数脉冲，由于位移是一个矢量，即要检测其大小，又要检测其方向，需要两路相位不同的光电信号。采用由4个光敏器件获得的4路光电信号分别送到2只差分放大器输入端，从差分放大器输出的两路信号其相位差为π/2，为得到判向和计数脉冲，对这两路信号进行整形，首先把它们整形为占空比为1：1的方波。然后，通过对方波的相位进行判别比较，就可以得到光栅尺的移动方向。通过对方波脉冲进行计数，可以得到光栅尺的位移和速度（如图）。

3 控制系统的主要功能

3.1 光栅尺的校准

开机后按下触摸屏的“校准/启动”键，光栅尺的检测头下降至检测台（检测台没有检测物），存储数据进行清零，然后检测头上升至顶点，把顶点数据存进寄存器，完成校准。

3.2 節块的传送

节块在振动台的带动下，通过斜坡滑动到位，按下触摸屏的“设置/启动”键，待检传感器感应到有检测物，打开电磁阀推动活塞杆，把节块送到待检位置，送检传感器感应到节块已经送到，打开送检电磁阀，推动活塞杆把节块送上检测台。

3.3 进行检测

在PLC控制打开送检电磁阀的同时，光栅尺的检测头上升，进行顶点数据校正，活塞杆把节块送到检测台，此时，检测头下降至检测物，并将测量数据放进寄存器，通过PLC对测量数据的计数，得到节块的实际数据。

3.4 节块的分级

PLC将节块的实际数据和标准尺寸数据进行比较，得到误差值；节块按照触摸屏设定的误差范围，自动进行分级并打开相应的电磁阀，节块分级工作完成。

4 控制系统的改造

4.1 I/O分配图（如表1、图1）

4.2 按控制功能设计的状态流程图（如图2）

4.3 控制动作过程分析

（1）校准/启动

S0 —— 接通电源，复位（Y0-Y7）。按下触摸屏的“校准/启动”键。状态转移到S50。

S50—— 复位（Y7），送检继电器（KA1）未得电，控制光栅尺的电磁阀（YV9）得电，检测头下降至检测台，（T5）得电，1秒后，计数器数据清零。状态转移到S51。

S51——（Y7）输出，送检继电器（KA1）得电，控制光栅尺的电磁阀（YV9）失电，检测头上升，（T6）得电，1秒后，检测头上升至顶点，寄存器得到顶点数据，完成校准。状态转移到S20。

（2）传送

S20——有料传感器（X2）感应到有待检物。状态转移到S21。

S21——（Y6）输出，待检电磁阀（YV7）得电，推动活塞杆，把节块送到待检位置，（T1）得电，1秒后，送料传感器（X3）感应到节块已经送到。状态转移到S22。

S22——（T2）得电，延时0.3秒。状态转移到S23。

S23——（Y7）输出，（KA1）得电，送检电磁阀（YV8）得电，推动活塞杆把节块送上检测台。

（3）检测

S23——（Y7）输出，（KA1）得电，控制光栅尺的电磁阀（YV9）失电，检测头上升至顶点；（T3）得电，1秒后，把顶点数据放进高速计数器，进行顶点校正。状态转移到S24。

S24——（Y7）未输出，（KA1）失电，电磁阀（YV9）得电，检测头下降；（T4）得电，延时1秒后，检测头下降至检测物，并把检测数据放进寄存器，完成检测。状态转移到S20，检测下一节块。

（4）分级和计数

节块的实际数据和标准数据进行比较，得到实际误差值；PLC把触摸屏设置的各级误差值和实际误差值进行比较，对节块进行分级：

A级：当误差值B级：当误差值>B级品，且≤D级品，（Y0）输出，B级电磁阀（YV1）打开，节块掉进B级品箱，B级品（C112）计数加一。

C级：当误差值