熱處理線拋丸機PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

  利用拋丸技術(shù)清理零件表面氧化皮及銹蝕是一種較為先進的表面清理方法，它具有一次性投資少， 成本低， 無污染， 效率高和質(zhì)量可靠等特點[1]。我廠的拋丸機主要用來對鋼板進行入熱處理爐前的表面處理和檢查，以防氧化鐵皮帶入爐內(nèi)造成爐底輥結(jié)瘤，劃傷鋼板表面。
  1工藝總體簡介
  1.1設(shè)備描述
  拋丸機組主要包括拋丸機輥道及本體焊接結(jié)構(gòu)、丸料篩選裝置、若干個丸料分配與輸送裝置、8臺上下布置與水平線成45°的拋丸器、可升/降的丸料收集刮板和清掃毛刷、斗式提升機、氣動給料閥門控制機構(gòu)，以及丸料的凈化及除塵設(shè)備等。拋丸機設(shè)備如圖1所示。
  1.2工藝流程
  總體來說，拋丸機的工藝流程主要分為3大部分：
  啟動—>拋丸—>停機
  在開機前需確認以下幾點：
  1.拋頭蓋關(guān)上；2.料斗內(nèi)丸料充足；3.急停按鈕關(guān)閉；4.維修門關(guān)閉并鎖上；5.壓縮空氣連接良好。
  啟動設(shè)備可自/手動，順序如下：
  先啟動除塵設(shè)備，而后是斗提機及篩選裝置，接著由下至上依次啟動各個螺旋輸送器，較后是吹掃風機。完成后丸料循環(huán)系統(tǒng)開始運行，可以進鋼板了。停機時順序與之相反。
  拋丸時在手動模式下，輥道傳送與拋頭開閉，及提升裝置的位置需人工設(shè)定。其余同自動模式。工藝流程如圖2所示。
  在自動生產(chǎn)模式下，鋼板沿圖中方向以設(shè)定好的速度穿過整個拋丸機組；在入口處裝有測厚儀記錄鋼板實時厚度，在鋼板到達拋頭區(qū)域時，程序控制給料氣動閥打開，丸料即由拋丸器的葉片帶動以極高的速度打向鋼板，給其表面進行拋光。鋼板經(jīng)過拋丸區(qū)后繼續(xù)前進，刮板和清掃裝置根據(jù)先前記錄的實時厚度，提升到相應(yīng)位置對鋼板進行清掃，較后將其送出拋丸機。
  拋丸后的丸料及雜物，靠自重落入下部的丸糟中，通過螺旋輸送器送到丸料提升機的地坑里，丸料經(jīng)提升機皮帶上的刮斗提升到機組上方，再輸送到篩選裝置將大的氧化鐵皮及其雜物篩選出來，丸料及粉塵從篩子上落下，此處由于抽風機的作用，將丸料中的碎丸粒子粉塵隨風帶走，正常丸料又回到丸料分配倉內(nèi)繼續(xù)循環(huán)使用。
  2 控制系統(tǒng)設(shè)計與具體解決方案
  2.1硬件組態(tài)
  拋丸機的電氣控制系統(tǒng)由1套S7-300PLC及遠程I/O、MP277操作面板、PC上位機，1臺西門子變頻器及相應(yīng)的強電控制回路組成。PLC采用STEP7 V5.3軟件進行編程， 上位機和操作面板分別采用Wincc6.2和Winccflexible2004進行人機界面編程。PLC控制柜在操作室旁，操作面板、變頻器及遠程I/O則在現(xiàn)場。系統(tǒng)組態(tài)如圖3所示：
  PLC采用CPU314作為中央處理單元，電源模塊采用PS3075A電源， I/O模塊為3塊SM321-1BL數(shù)字輸入模塊和1塊SM322-1BL數(shù)字輸出模塊，CPU除處理器外附加1塊24位數(shù)字輸入/12位輸出模塊和1塊模擬量5路輸入/2路輸出模塊。
  2.2拋丸機電機控制設(shè)計
  拋丸器電機為8臺AC37kW電機，采用繼電器控制回路，啟動方式為星-三角，啟動信號由程序給出。拋頭在工作時長期開啟，保證砂料供應(yīng)。其它如提升機電機、分離器電機、螺旋輸送器電機的控制為直接啟動控制，由于這些電機停止都會造成砂料堵塞，所以在電機轉(zhuǎn)軸上都設(shè)立一個接近開關(guān)檢測電機是否正常運轉(zhuǎn)，一旦檢測到停轉(zhuǎn)則將整個拋丸機系統(tǒng)停止，保護設(shè)備不受損壞[2]。
  2.3系統(tǒng)安全聯(lián)鎖設(shè)計
  在PLC控制柜中，有2個專用于急?？刂频睦^電器用來保護人身和設(shè)備的安全。安全控制回路所有信號都由硬線串聯(lián)，回路中主要接入了現(xiàn)場和操作臺的急停按鈕和安全門信號。安全門分為檢修安全門和控制防護門，檢修安全門位于拋丸室本體兩側(cè)，檢修安全門上側(cè)限位開關(guān)在工作中必須關(guān)閉到位；控制防護門為拋頭電機端蓋，在此處同樣裝有限位開關(guān)以檢測是否關(guān)閉防止鐵沙礫飛濺傷人。一旦這些信號消失，安全回路將立即切斷PLC控制電壓，并發(fā)出報警。
  2.4測厚裝置與鋼板傳輸系統(tǒng)設(shè)計
  在鋼板入口處裝有對射式掃描測厚裝置，原理如下圖：
  如圖，該裝置其實是一種特殊的光電傳感儀器，發(fā)送端發(fā)射數(shù)道平行光線至接收端，鋼板在經(jīng)過光柵時，會擋住一部分光線，信號經(jīng)處理器光電轉(zhuǎn)換后送入PLC作為開關(guān)量輸入；若厚度不同，則輸入也不同，程序?qū)斎霠顟B(tài)字編碼后即為實際厚度。
  本項目的鋼板傳輸系統(tǒng)非常有特色，系統(tǒng)將工作區(qū)域平行分為一個個間隔（從圖2可見），在拋丸機輥道上安裝有編碼計數(shù)器；每轉(zhuǎn)1/5周計數(shù)器就會發(fā)出一個脈沖信號，畫面跟蹤前移一格，因此根據(jù)輥徑計算得出每個間隔距離為138mm。在程序中設(shè)有兩個寄存器，分別為高度寄存器和位移寄存器，每當跟蹤前移一格，程序就向高度寄存器和位移寄存器中同時寫入數(shù)據(jù)，工作流程如下圖：
  由上圖可見，通過輥道計數(shù)器，跟蹤模型有機地將鋼板的厚度和位移結(jié)合起來，將一塊完整的鋼板看作為一塊塊厚度不同的局部組合，較大程度地模擬了真實工況，提高了操作精度（跟蹤只在向前轉(zhuǎn)時有效）。此外在拋丸后用刮板和清掃裝置清除鋼板表面丸料時，還可根據(jù)厚度的變化來動態(tài)調(diào)整裝置高度，不但可以獲得更好的拋丸質(zhì)量，而且也起到了保護設(shè)備的作用。