基于PLC控制的自动多规格瓷砖上砖设备

    胡国纬

    

    

    

    摘 要：本文着重从系统组成、系统设计及程序编写三方面，介绍利用可编程控制器（PLC）和变频器驱动系统，实现抛光线多规格上砖的自动化控制，对减少人工及工作强度、提高产品质量、增强陶瓷行业现代化管理水平具有广泛意义。

    关健词：PLC；变频驱动系统；多规格；抛光线上砖

    1 引言

    以前，抛光线上砖，大多是人工完成的，工作劳动强度大。现在，随着设备的发展及高强度工作岗位工人的日益难招，抛光线上砖机应运而生。然而，大多数抛光线上砖设备，只能进行单一规格瓷砖的上砖，通常不具备可转换上多规格瓷砖的功能，使用范围受到限制。

    为了解决这些难题，本文应用PLC 自动化控制技术，结合实际生产，不断改进优化方案，摸索总结出了以下成功解决方案，既有可转换上多规格瓷砖的功能，又性能稳定可靠，提高了设备的价值及经济效益。

    以下就基于PLC控制的抛光线多规格上砖设备的系统组成和控制方面进行阐述，并说明了系统的工作流程，希望能给同行们以探讨、借见，来共同为提高我国陶瓷业的现代化水平而努力。

    2 抛光线多规格上砖机的技术指标

    这套设备可以生产多个规格的瓷砖，主要可生产以下四种规格的瓷砖：1200 mm × 600 mm；900 mm × 450 mm；800 mm × 800 mm；600 mm × 600 mm，因此，设计时，整套设备要考虑调节转产功能。

    2.1整架砖传动系统

    整架砖传动系统由电机、齿轮箱及坦克链传动机构等部分级组成。

    坦克链传动机构主要是用于输送砖架与储存砖架，由链条传动输送。坦克链传动电机由2.2 KW变频器驱动。坦克链的传动要配合上砖系统的动作过程，在每一次上砖的过程中，都有一次前进与后退的动作，可根据砖的规格和现场情况，调整变频器的运行速度和加、减速时间，以确保每次的前进与后退过程，整架砖处于平稳状态。

    2.2上砖、斜坡传动及推砖架系统

    该系统由上砖、斜坡传动及推砖架三个子系统组成。是该套设备最核心，也是最复杂的系统。

    上砖子系统由推齐、推出、接砖升、勾砖伸四个机构组成。这四个机构，每个机构都有一个气缸，来实现伸出与缩回；相对应的每个气缸都安装有到位和复位的感应开关。

    斜坡传动子系统由0.75 KW的变频器驱动斜坡传动电机，来完成斜坡传动皮带的传动。另外，该子系统还包括后推气缸，后推气缸的作用是把斜坡传动上的整叠砖的前后推整齐，以备后续调头后砖的前后中心仍和传动方向的中心一致。

    推砖架系统，当砖架确认无砖时，后退一段距离后，到达可推砖架的位置后，推砖架气缸动作，将空砖架推出。当推砖架气缸复位完成后，坦克链传动机构可以继续传动，将下一托整架砖传动进来，继续进行上砖。

    2.3对中及调头系统

    为了确保每次来砖，都能垂直、平顺地进入到调头系统，而设计了这套入口对中系统。这套入口对中系统主要由两个气缸、四个导轮及其它组件组成。它们分别位于来砖方向的左右两边，每边一个气缸，两个导轮。

    这两个气缸是同时动作的，调机时，中间放一片需要对中的砖，使两个气缸同时伸出时，四个导轮刚好压稳瓷砖的左右两边为好。在入砖方向上，压稳的瓷砖的中心线应该刚好和入砖的两条皮带的中心线重合，如果中心线不重合，就要调整左右气缸的位置，使之重合。

    通过上面的调整，可以使瓷砖在调头前对中良好。对中良好的瓷砖进入调头系统后，通过调整调头电眼的前后位置，确保在调头顶起时，瓷砖的中心和调头旋转的中心重合。旋转气缸的旋转角度及速度，也要做合适的调整，使调头完成后，瓷砖的中心线应该刚好和入砖的两条皮带的中心线重合。

    2.4出砖系统

    该系统由分砖机构和一段传动机构组成。由于每次上砖的数量为2至4片瓷砖，经过该系统后分成单片瓷砖进入到抛光线。

    抛光线的入砖，要求一片接一片地排密进入抛光线。这就要确保上砖机的上砖速度要大于抛光线的入砖速度。且出砖的运行与停止要与抛光线保持一致。

    2.5手动控制

    对每台电机的运行与停止，每个气缸的动作与复位，都可进行手动操作，以便对每个装置单独调整、检修或排除故障使用。

    2.6自动控制

    自动运行时，可按照上述2.1～2.4的要求完成循环运行。

    3 PLC控制系统设计

    根据以上技术指标和控制要求，该套落砖单元共有四个系统和二个工作模式。在这里，我们选用的PLC是OMRON的CP1H-X40DT-D，再加上一个40点的I/O扩展模块CP1W-40EDT。这样就组成一个共80个I/O点的PLC控制系统。系统资源分配分为输入和输出两个部分。

    （1）数字量输入部分：输入地址分配如表1所示。

    （2）数字量输出部分：输出地址分配如表2所示。

    4 各技术指标的实现

    4.1整架砖传动系统的设计

    如图2所示，当自动运行开始，如果入砖到位1.11点OFF，且入砖传动暂停旋钮0.00点ON，则入砖传动电机的输出控制点101.00点ON，此时，M1拖链传动正向运行，将整架砖向前传动，入砖到位1.11点ON，入砖传动停止，完成入砖传动。

    如果拖链上需要放整架砖时，为了避免拖链前后传动，影响放砖，可将入砖传动暂停旋钮0.00点旋为OFF，拖链传动M1停止传动，放好整架砖后，再将该旋钮旋为ON即可。

    限于篇幅，该系统的程序不再列出。

    4.2上砖、斜坡传动及推砖架系统的设计

    该系统已在2.2中做了初步的介绍，如图2所示，当入砖到位电眼1.11点ON，M1拖链正向传动停止，推齐气缸动作，推齐到位1.03点ON，推齐气缸复位。接着勾砖伸气缸动作，勾砖伸到位1.01点ON。推出气缸动作，推出到位0.03点ON，推出气缸复位。

    在推齐完成时，接砖升气缸就可以升起。当接砖升到位后，勾砖伸就可以复位，将推出的砖勾倒在接砖升机构上，同时接砖升复位，M1拖链传动后移，以配合该叠砖倒向斜坡传动皮带。当该叠砖完全倒在斜坡传动皮带上时，斜坡传动皮带开始传动，当后推到位光电开关0.08点ON时，后推气缸动作，将该叠砖前后方向推整齐。

    当整个砖架空时，M1拖链传动后退，当后退至架检测有0.07点OFF时，推架气缸动作，当推架至推架到位感应开关0.03点ON，推架气缸复位，推架复位感应开关0.06点ON，完成推架。推架完成后，M1拖链传动可向前传动，将下一托整架砖传动进来，循环进行上述过程的上砖。

    该系统的部分程序如表3所示（指令表格式）。

    4.3对中及调头系统的设计

    如图3所示，当左右夹砖电眼0.09点ON，左右夹砖气缸动作，延时0.8秒，左右夹砖气缸复位。当调头到位电眼0.10点ON，调头升气缸动作，调头升到位1.09点ON，调头气缸开始动作，调头到位1.07点ON，调头升气缸开始复位，调头升复位1.10点ON，调头气缸开始复位，调头复位1.08点ON，调头完成。此时，如果出口位无砖，就可以出砖。

    4.4出砖系统的设计

    如图3所示，该部分的工作與停止要和抛光线保持一致，故要有一条信号线从抛光线接过来。当该信号ON，出砖位有砖就出砖；当该信号OFF，出口位有砖就停止传动，出口位无砖就继续传动至出口停砖位0.11点ON时，再停止传动。

    限于篇幅，该系统的程序不再列出。

    5 结束语

    该设备自设计成功以来，经过了多次实际生产使用的考验，同时对暴露出来的问题，也进行了不断的改进。现在，系统运行稳定，效果良好，是抛光线多规格上砖较理想的解决方案。通过本文的阐述，希望能给同行们以启发、借见。

    参考文献

    [1] 李明河.可编程控制器原理与应用[M].合肥：合肥工业大学出版社，2010.

    [2] 钟肇新编.可编程控制器原理及应用[M].广州：华南理工大学出版社，1999.