熱處理線拋丸機(jī)PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

摘 要： 南鋼中厚板卷廠拋丸機(jī)作為機(jī)電一體化產(chǎn)品由德國(guó)迪砂公司引進(jìn)，為該廠正火-回火熱處理生產(chǎn)線的重要配套設(shè)備。本文結(jié)合工藝流程介紹了拋丸機(jī)具體設(shè)備，并對(duì)系統(tǒng)軟硬件結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)描述，針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際問題給出了具體解決方案。

　　關(guān)鍵詞： 拋丸機(jī)； 拋丸流程； 星-三角； 安全聯(lián)鎖； 測(cè)厚儀； 傳輸系統(tǒng)
　　中圖分類號(hào)： TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1009-8631（2012）09-0048-02
　　引言
　　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(jìn)的表面清理方法，它具有一次性投資少， 成本低， 無(wú)污染， 效率高和質(zhì)量可靠等特點(diǎn)[1]。我廠的拋丸機(jī)主要用來對(duì)鋼板進(jìn)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(jiǎn)介
　　1.1設(shè)備描述
　　拋丸機(jī)組主要包括拋丸機(jī)輥道及本體焊接結(jié)構(gòu)、丸料篩選裝置、若干個(gè)丸料分配與輸送裝置、8臺(tái)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(jī)、氣動(dòng)給料閥門控制機(jī)構(gòu)，以及丸料的凈化及除塵設(shè)備等。拋丸機(jī)設(shè)備如圖1所示。
　　1.2工藝流程
　　總體來說，拋丸機(jī)的工藝流程主要分為3大部分：
　　啟動(dòng)—>拋丸—>停機(jī)
　　在開機(jī)前需確認(rèn)以下幾點(diǎn)：
　　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(dòng)設(shè)備可自/手動(dòng)，順序如下：
　　先啟動(dòng)除塵設(shè)備，而后是斗提機(jī)及篩選裝置，接著由下至上依次啟動(dòng)各個(gè)螺旋輸送器，較后是吹掃風(fēng)機(jī)。完成后丸料循環(huán)系統(tǒng)開始運(yùn)行，可以進(jìn)鋼板了。停機(jī)時(shí)順序與之相反。
　　拋丸時(shí)在手動(dòng)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(dòng)模式。工藝流程如圖2所示。
　　在自動(dòng)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(gè)拋丸機(jī)組；在入口處裝有測(cè)厚儀記錄鋼板實(shí)時(shí)厚度，在鋼板到達(dá)拋頭區(qū)域時(shí)，程序控制給料氣動(dòng)閥打開，丸料即由拋丸器的葉片帶動(dòng)以極高的速度打向鋼板，給其表面進(jìn)行拋光。鋼板經(jīng)過拋丸區(qū)后繼續(xù)前進(jìn)，刮板和清掃裝置根據(jù)先前記錄的實(shí)時(shí)厚度，提升到相應(yīng)位置對(duì)鋼板進(jìn)行清掃，較后將其送出拋丸機(jī)。
　　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(jī)的地坑里，丸料經(jīng)提升機(jī)皮帶上的刮斗提升到機(jī)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(fēng)機(jī)的作用，將丸料中的碎丸粒子粉塵隨風(fēng)帶走，正常丸料又回到丸料分配倉(cāng)內(nèi)繼續(xù)循環(huán)使用。
　　2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與具體解決方案
　　2.1硬件組態(tài)
　　拋丸機(jī)的電氣控制系統(tǒng)由1套S7-300PLC及遠(yuǎn)程I/O、MP277操作面板、PC上位機(jī)，1臺(tái)西門子變頻器及相應(yīng)的強(qiáng)電控制回路組成。PLC采用STEP7 V5.3軟件進(jìn)行編程， 上位機(jī)和操作面板分別采用Wincc6.2和Winccflexible2004進(jìn)行人機(jī)界面編程。PLC控制柜在操作室旁，操作面板、變頻器及遠(yuǎn)程I/O則在現(xiàn)場(chǎng)。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(jī)電機(jī)控制設(shè)計(jì)
　　拋丸器電機(jī)為8臺(tái)AC37kW電機(jī)，采用繼電器控制回路，啟動(dòng)方式為星-三角，啟動(dòng)信號(hào)由程序給出。拋頭在工作時(shí)長(zhǎng)期開啟，保證砂料供應(yīng)。其它如提升機(jī)電機(jī)、分離器電機(jī)、螺旋輸送器電機(jī)的控制為直接啟動(dòng)控制，由于這些電機(jī)停止都會(huì)造成砂料堵塞，所以在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上都設(shè)立一個(gè)接近開關(guān)檢測(cè)電機(jī)是否正常運(yùn)轉(zhuǎn)，一旦檢測(cè)到停轉(zhuǎn)則將整個(gè)拋丸機(jī)系統(tǒng)停止，保護(hù)設(shè)備不受損壞[2]。
　　2.3系統(tǒng)安全聯(lián)鎖設(shè)計(jì)
　　在PLC控制柜中，有2個(gè)專用于急停控制的繼電器用來保護(hù)人身和設(shè)備的安全。安全控制回路所有信號(hào)都由硬線串聯(lián)，回路中主要接入了現(xiàn)場(chǎng)和操作臺(tái)的急停按鈕和安全門信號(hào)。安全門分為檢修安全門和控制防護(hù)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(hù)門為拋頭電機(jī)端蓋，在此處同樣裝有限位開關(guān)以檢測(cè)是否關(guān)閉防止鐵沙礫飛濺傷人。一旦這些信號(hào)消失，安全回路將立即切斷PLC控制電壓，并發(fā)出報(bào)警。
　　2.4測(cè)厚裝置與鋼板傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)
　　在鋼板入口處裝有對(duì)射式掃描測(cè)厚裝置，原理如下圖：
　　如圖，該裝置其實(shí)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(shí)，會(huì)擋住一部分光線，信號(hào)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(shí)際厚度。
　　本項(xiàng)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(gè)個(gè)間隔（從圖2可見），在拋丸機(jī)輥道上安裝有編碼計(jì)數(shù)器；每轉(zhuǎn)1/5周計(jì)數(shù)器就會(huì)發(fā)出一個(gè)脈沖信號(hào)，畫面跟蹤前移一格，因此根據(jù)輥徑計(jì)算得出每個(gè)間隔距離為138mm。在程序中設(shè)有兩個(gè)寄存器，分別為高度寄存器和位移寄存器，每當(dāng)跟蹤前移一格，程序就向高度寄存器和位移寄存器中同時(shí)寫入數(shù)據(jù)，工作流程如下圖：
　　由上圖可見，通過輥道計(jì)數(shù)器，跟蹤模型有機(jī)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(shí)工況，提高了操作精度（跟蹤只在向前轉(zhuǎn)時(shí)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(shí)，還可根據(jù)厚度的變化來動(dòng)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(hù)設(shè)備的作用。
　　3 結(jié)語(yǔ)
　　拋丸機(jī)自投入運(yùn)行以來，該系統(tǒng)電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，PLC系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，安全可靠，故障率低；減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率，保障了熱處理線的連續(xù)生產(chǎn)，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。
　　參考文獻(xiàn)：
　　[1] 盧永平.拋丸工藝及其管理. 汽車工藝與材料，2008，8（9）；25-28.
　　[2] 徐雙文，魏世川.自動(dòng)控制技術(shù)在拋丸機(jī)中的應(yīng)用.一重技術(shù)，2006，5（2）；49-50.
　　[3] 陸偉斐，王全先.西門子S7300PLC在火車輪拋丸機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].機(jī)電工程，2008，25（8）；102-104.