编程控制器对窑口多规格升降出砖的自动化控制方案

    胡国纬

    摘 要：本文着重从系统组成及程序编写两方面，介绍利用可编程控制器（PLC）实现陶瓷行业窑口长条型多规格升降出砖的自动化控制，对提高自动化控制水平、减轻工人的劳动强度、提高陶瓷行业现代化管理水平具有广泛的意义。

    关键词：PLC；长条型砖；多规格；升降出砖

    1 前言

    当今各行业均存在不同程度的人力资源匮缺现象，在陶瓷行业中，劳动强度大的岗位尤为明显。为减轻工人的劳动强度、提高机器作业水平，因此加强自动化控制的应用是大势所趋，也是一个有效的解决途径。

    在多规格长条型砖的生产过程中，陶瓷坯体经过窑炉高温烧成之后，需进行加工，如：分级、包装等。由于生产线传输速度较快，每分钟走砖8排以上；而且砖体温度高，一般在80 ℃ 以上；小规格砖每排片数多（如：600 mm×150 mm，每排8片）；大规格砖，单件质量重（如：1200 mm×250 mm，每片12 kg以上）。传统生产多规格长条型砖的窑炉，通常是工人在窑尾手工捡砖。工人在如此高温的环境下进行繁重的作业，体力消耗较大，容易出现体力透支、高温中暑等现象。

    然而，用自动化控制多规格的长条型砖，其控制难度大。对小规格砖（如：600 mm×150 mm），自动升降出砖易混乱，造成出砖失败；而大规格长条型砖（如：1200 mm×250 mm或1000 mm×200 mm）两片为一排，每次升降拉出两片，控制难度也比较大，稍有不当，极易造成侧翻跌落。故很多生产长条型砖的陶瓷厂只能采用在窑尾手工捡砖。为了解决这些难题，本文应用PLC 自动化控制技术，以实现窑口长条型多规格升降出砖的自动化控制。笔者通过不断改进优化方案，成功摸索出了既减轻工人的劳动强度，又可提高经济效益的方案。

    本文就基于PLC的窑口长条型多规格出砖解决方案的系统组成和控制方面进行了阐述，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 PLC的技术指标

    2.1 添加电动挡砖系统

    首先，要在窑口出砖辊台上添加电动挡砖系统，以挡齐或挡正每一排砖，并有调整、均匀排距作用，为升降出砖做准备。根据长时间观察，添加两套电动挡砖系统为宜。第一道挡齐砖，第一、二道独立挡砖间，至少要有三段传动辊台。第一、二段辊台拉开排距，第三段辊台位于第二次挡砖系统前，主要用于短暂停砖用（因挡砖完成，高速出砖时，在挡砖前的那段辊台，如果有砖，要暂停）。第二道独立挡砖系统目的是完成升降前对整排砖进行最后的调整。

    2.2 确定升降出砖数量

    根据窑口实际情况，确定升降出砖的数量，通常三条为宜，两条生产，一条备用。如有特殊情况时，可以窑尾出砖，故三套升降出砖系统基本可适应大多数窑炉的出砖要求。

    2.3 确定不同规格长条型砖的出砖方案

    首先确定是生产小规格砖还是大规格砖，如：确定生产小规格长条型砖（如：600 mm×150 mm），即每排出8片砖；确定生产大规格长条型砖（如：1200 mm×250 mm或1000 mm×200 mm），即两片为一排进行出砖。

    2.4 手动控制与自动控制

    对每个挡板，每个升降装置及升降的传动，都要有手动控制功能。以便对每个装置单独调整、检修或排除故障。而自动控制系统，可选择对每个独立挡砖系统以及每个升降出砖系统，自动运行或停止。

    2.5 注意事项

    在系统运作中出现运行出错，要有适当的应对措施。

    3 PLC控制系统设计

    3.1 PLC选型

    根据以上技术指标和控制要求，系统配置共有：两套挡砖系统、三套升降出砖系统。每套需要的输入、输出点数量如下。

    （1） 每套挡砖系统要有输入点（4个）：两个光电开关、一个接近开关、一个一位旋钮；输出点（4个）：三台电机，分别是：挡板升降、挡砖段辊台（要有高低速）、挡砖前段辊台。

    （2） 每套升降出砖系统要有：输入点（6个）：对射光电两对、两个接近开关、一个两位旋钮；输出点（6个）：四台电机，分别是：横带升降、横带传动、横带段辊台、横带前段辊台、两个气动升降挡板。

    综上所述，该系统共需要：输入点：2×4+3×6=26（个）；输出点：2×4+3×6=26（个）。

    原窑口出砖系统采用的PLC是OMRON的CP1E-N40DT-D，这是一个DC24V供电的24个输入点，16个晶体管输出点的PLC控制系统，需再增加一个20点（CP1W-20EDT）和一个40点（CP1W-40EDT）的扩展模块。

    3.2 系统资源分配

    （1） 数字量输入部分

    数字量输入部分的输入地址分配如表1所示。

    （2） 数字量输出部分

    数字量输出部分的输出地址分配如表2所示。

    4 PLC各技术指标的实现

    4.1 电动挡砖系统的设计

    本文只对电动挡砖系统中第一套独立挡砖系统做详细介绍（见图1），第二套独立挡砖系统可参考第一套进行设计。

    由图1可知，先把第四段辊台分为三段，分别是M41、M42、M4三段，其中，把第一道挡砖系统安装在未加装挡砖前的第四段辊台；M42为挡板挡砖段，上面需加两个挡砖电眼，分别为挡砖电眼1、挡砖电眼2。这两个挡砖电眼用来检测整排砖是否到齐，应分别安装在一排砖最靠后到的两片上面进行检测，如图2所示。

    如果按图2的入砖方式进行走砖，1#挡砖电眼1、1#挡砖电眼2就应当分别安装在图2中所示的位置。

    挡板的升降通常是采用一个半圆形的铁制挡块，配合接近开关来控制。1#挡砖定位（3.09）有信号，升降电机停，此时挡板升到位；1#挡砖定位（3.09）无信号，升降电机停，此时挡板降到位。1#电动挡砖的部分程序如表3所示。

    4.2 升降出砖系统的设计

    由上述所述，该窑口升降出砖方案需三套升降出砖系统，每套升降出砖系统要有：横带前后对射光电开关各一对，分别用于检测进砖和出砖完毕；两个接近开关，分别用来检测横带的上位和下位；一个两位旋钮，该旋钮有三个功能：左侧、中间、右侧，分别是：手动横带升降、停止、连续出砖。第一次从中间打向左侧，横带手动升起，再从左侧打回中间，第二次从中间打向左侧，横带手动降下。该旋钮在中间位置，对应的升降带不工作。该旋钮打到右侧，对应的升降带自动进行符合条件的连续升降出砖工作；控制四台电机，分别是：横带升降、横带传动、横带段辊台、横带前段辊台。这里要特别说明的是：当横带刚挡好砖，开始自动升起时， 横带升降前辊台有来砖；当横带在上位，上的砖已出完；刚开始下降时，横带升降前辊台有来砖。在这两种情况下，横带升降前辊台要稍做停顿，等横带升到上位或降到下位，再传动两个气动升降挡板。升降横带有四条传动带，按辊台传动方向，从小到大数，横带第二、三道之间，安装一气动挡板，在这里我们称为中挡板；第四道带后安装一气动挡板，称为后挡板。

    4.2.1小规格长条型砖出砖方案

    小规格长条型砖（如：600 mm×150 mm，每排8 片）的出砖方案如图3所示。

    由图3可知，中气动挡板不工作，以2#升降出砖为例，当2#横带处于下位，且2#横带升降前对射光电开关（S06）ON 。当2#横带升降后对射光电开关（S08）OFF时，2#后气动挡板ON；当2#横带升降前对射光电开关（S06）由ON变为OFF后计时0.25 s，认为当前这排砖已挡齐，2#横带可以升起，当2#横带正在升起，但未升到上位的过程中，如果S06变为ON，则M11（2#带前传动）要暂时停止运行，以防止碰撞；当2#横带升到上位时，M11（2#带前传动）可继续运行，2#后气动挡板OFF。此时，如果2#出口要砖信号ON，则M20（2#带出砖）ON，M20（2#带出砖）ON计时2 s后，认为2#横带上的砖已出完。确认2#横带下面无砖后，2#横带可以降下。同2#横带上升时一样，当2#横带正在下降，但未降到下位的过程中，如果S06变为ON，则M11（2#带前传动）要暂时停止运行，以防止碰撞。

    4.2.2 大规格长条型砖的出砖方案

    大规格长条型砖（如：1200 mm×250 mm或1000 mm×200 mm）两片为一排的出砖方案如图4所示。

    由图4可知，中气动挡板不工作，以2#升降出砖为例，当2#横带处于下位，且2#横带升降前对射光电开关（S06）ON ，2#横带升降后对射光电开关（S08）OFF时，2#后气动挡板ON，2#后气动挡板ON计时 0.18 s后，认为已挡好该组中的第一片砖。此时，2#中气动挡板ON，2#中气动挡板ON 计时0.07 s，认为该组的两片砖都已挡好。2#横带可以升起，当2#横带正在升起，但未升到上位的过程中，如果S06变为ON，则M11（2#带前传动）要暂时停止运行，以防止碰撞，当2#横带升到上位时，M11（2#带前传动）可继续运行，2#后气动挡板OFF。此时，如果2#出口要砖信号ON，则M20（2#带出砖）ON，M20（2#带出砖）ON计时2 s后，认为2#横带上的砖已出完。确认2#横带下面无砖后，2#横带可以降下。同2#横带上升时一样，当2#横带正在下降，但未降到下位的过程中，如果S06变为ON，则M11（2#带前传动）要暂时停止运行，以防止碰撞。

    小规格长条型砖与大规格长条型砖的部分程序如表4所示。

    5 结语

    PLC自动控制替代人工捡砖系统从2010年开始已在部分陶瓷厂使用至今，且系统稳定、效果良好。既减轻工人的劳动强度，又提高了经济效益。因此，该PLC自动控制系统值得在陶瓷行业中广泛推广。

    4.2 升降出砖系统的设计

    由上述所述，该窑口升降出砖方案需三套升降出砖系统，每套升降出砖系统要有：横带前后对射光电开关各一对，分别用于检测进砖和出砖完毕；两个接近开关，分别用来检测横带的上位和下位；一个两位旋钮，该旋钮有三个功能：左侧、中间、右侧，分别是：手动横带升降、停止、连续出砖。第一次从中间打向左侧，横带手动升起，再从左侧打回中间，第二次从中间打向左侧，横带手动降下。该旋钮在中间位置，对应的升降带不工作。该旋钮打到右侧，对应的升降带自动进行符合条件的连续升降出砖工作；控制四台电机，分别是：横带升降、横带传动、横带段辊台、横带前段辊台。这里要特别说明的是：当横带刚挡好砖，开始自动升起时， 横带升降前辊台有来砖；当横带在上位，上的砖已出完；刚开始下降时，横带升降前辊台有来砖。在这两种情况下，横带升降前辊台要稍做停顿，等横带升到上位或降到下位，再传动两个气动升降挡板。升降横带有四条传动带，按辊台传动方向，从小到大数，横带第二、三道之间，安装一气动挡板，在这里我们称为中挡板；第四道带后安装一气动挡板，称为后挡板。

    4.2.1小规格长条型砖出砖方案

    小规格长条型砖（如：600 mm×150 mm，每排8 片）的出砖方案如图3所示。

    由图3可知，中气动挡板不工作，以2#升降出砖为例，当2#横带处于下位，且2#横带升降前对射光电开关（S06）ON 。当2#横带升降后对射光电开关（S08）OFF时，2#后气动挡板ON；当2#横带升降前对射光电开关（S06）由ON变为OFF后计时0.25 s，认为当前这排砖已挡齐，2#横带可以升起，当2#横带正在升起，但未升到上位的过程中，如果S06变为ON，则M11（2#带前传动）要暂时停止运行，以防止碰撞；当2#横带升到上位时，M11（2#带前传动）可继续运行，2#后气动挡板OFF。此时，如果2#出口要砖信号ON，则M20（2#带出砖）ON，M20（2#带出砖）ON计时2 s后，认为2#横带上的砖已出完。确认2#横带下面无砖后，2#横带可以降下。同2#横带上升时一样，当2#横带正在下降，但未降到下位的过程中，如果S06变为ON，则M11（2#带前传动）要暂时停止运行，以防止碰撞。

    4.2.2 大规格长条型砖的出砖方案

    大规格长条型砖（如：1200 mm×250 mm或1000 mm×200 mm）两片为一排的出砖方案如图4所示。

    由图4可知，中气动挡板不工作，以2#升降出砖为例，当2#横带处于下位，且2#横带升降前对射光电开关（S06）ON ，2#横带升降后对射光电开关（S08）OFF时，2#后气动挡板ON，2#后气动挡板ON计时 0.18 s后，认为已挡好该组中的第一片砖。此时，2#中气动挡板ON，2#中气动挡板ON 计时0.07 s，认为该组的两片砖都已挡好。2#横带可以升起，当2#横带正在升起，但未升到上位的过程中，如果S06变为ON，则M11（2#带前传动）要暂时停止运行，以防止碰撞，当2#横带升到上位时，M11（2#带前传动）可继续运行，2#后气动挡板OFF。此时，如果2#出口要砖信号ON，则M20（2#带出砖）ON，M20（2#带出砖）ON计时2 s后，认为2#横带上的砖已出完。确认2#横带下面无砖后，2#横带可以降下。同2#横带上升时一样，当2#横带正在下降，但未降到下位的过程中，如果S06变为ON，则M11（2#带前传动）要暂时停止运行，以防止碰撞。

    小规格长条型砖与大规格长条型砖的部分程序如表4所示。

    5 结语

    PLC自动控制替代人工捡砖系统从2010年开始已在部分陶瓷厂使用至今，且系统稳定、效果良好。既减轻工人的劳动强度，又提高了经济效益。因此，该PLC自动控制系统值得在陶瓷行业中广泛推广。

    4.2 升降出砖系统的设计

    由上述所述，该窑口升降出砖方案需三套升降出砖系统，每套升降出砖系统要有：横带前后对射光电开关各一对，分别用于检测进砖和出砖完毕；两个接近开关，分别用来检测横带的上位和下位；一个两位旋钮，该旋钮有三个功能：左侧、中间、右侧，分别是：手动横带升降、停止、连续出砖。第一次从中间打向左侧，横带手动升起，再从左侧打回中间，第二次从中间打向左侧，横带手动降下。该旋钮在中间位置，对应的升降带不工作。该旋钮打到右侧，对应的升降带自动进行符合条件的连续升降出砖工作；控制四台电机，分别是：横带升降、横带传动、横带段辊台、横带前段辊台。这里要特别说明的是：当横带刚挡好砖，开始自动升起时， 横带升降前辊台有来砖；当横带在上位，上的砖已出完；刚开始下降时，横带升降前辊台有来砖。在这两种情况下，横带升降前辊台要稍做停顿，等横带升到上位或降到下位，再传动两个气动升降挡板。升降横带有四条传动带，按辊台传动方向，从小到大数，横带第二、三道之间，安装一气动挡板，在这里我们称为中挡板；第四道带后安装一气动挡板，称为后挡板。

    4.2.1小规格长条型砖出砖方案

    小规格长条型砖（如：600 mm×150 mm，每排8 片）的出砖方案如图3所示。

    由图3可知，中气动挡板不工作，以2#升降出砖为例，当2#横带处于下位，且2#横带升降前对射光电开关（S06）ON 。当2#横带升降后对射光电开关（S08）OFF时，2#后气动挡板ON；当2#横带升降前对射光电开关（S06）由ON变为OFF后计时0.25 s，认为当前这排砖已挡齐，2#横带可以升起，当2#横带正在升起，但未升到上位的过程中，如果S06变为ON，则M11（2#带前传动）要暂时停止运行，以防止碰撞；当2#横带升到上位时，M11（2#带前传动）可继续运行，2#后气动挡板OFF。此时，如果2#出口要砖信号ON，则M20（2#带出砖）ON，M20（2#带出砖）ON计时2 s后，认为2#横带上的砖已出完。确认2#横带下面无砖后，2#横带可以降下。同2#横带上升时一样，当2#横带正在下降，但未降到下位的过程中，如果S06变为ON，则M11（2#带前传动）要暂时停止运行，以防止碰撞。

    4.2.2 大规格长条型砖的出砖方案

    大规格长条型砖（如：1200 mm×250 mm或1000 mm×200 mm）两片为一排的出砖方案如图4所示。

    由图4可知，中气动挡板不工作，以2#升降出砖为例，当2#横带处于下位，且2#横带升降前对射光电开关（S06）ON ，2#横带升降后对射光电开关（S08）OFF时，2#后气动挡板ON，2#后气动挡板ON计时 0.18 s后，认为已挡好该组中的第一片砖。此时，2#中气动挡板ON，2#中气动挡板ON 计时0.07 s，认为该组的两片砖都已挡好。2#横带可以升起，当2#横带正在升起，但未升到上位的过程中，如果S06变为ON，则M11（2#带前传动）要暂时停止运行，以防止碰撞，当2#横带升到上位时，M11（2#带前传动）可继续运行，2#后气动挡板OFF。此时，如果2#出口要砖信号ON，则M20（2#带出砖）ON，M20（2#带出砖）ON计时2 s后，认为2#横带上的砖已出完。确认2#横带下面无砖后，2#横带可以降下。同2#横带上升时一样，当2#横带正在下降，但未降到下位的过程中，如果S06变为ON，则M11（2#带前传动）要暂时停止运行，以防止碰撞。

    小规格长条型砖与大规格长条型砖的部分程序如表4所示。

    5 结语

    PLC自动控制替代人工捡砖系统从2010年开始已在部分陶瓷厂使用至今，且系统稳定、效果良好。既减轻工人的劳动强度，又提高了经济效益。因此，该PLC自动控制系统值得在陶瓷行业中广泛推广。