熱處理線拋丸機PLC控製係統的設計與應用

摘 要： 南鋼中厚板卷廠拋丸機作為機電一體化產品由德國迪砂公司（sī）引進，為該廠正火-回火熱處理生產線的重要配（pèi）套（tào）設備。本文結合工藝流程介紹了拋丸機（jī）具體設備，並對係統軟硬件結構進行了詳細描述，針對現場實際問題（tí）給出了具體解決方案。

　　關鍵詞： 拋丸機（jī）； 拋丸流程； 星-三角（jiǎo）； 安全聯鎖； 測厚儀； 傳輸係統（tǒng）
　　中圖分類（lèi）號： TP273 文獻（xiàn）標識碼（mǎ）： A 文章編號： 1009-8631（2012）09-0048-02
　　引言
　　利用拋丸技術清理零件表麵氧化皮及（jí）鏽蝕是一種較為先進的表麵清理方法（fǎ），它具有一（yī）次性投資少， 成（chéng）本低， 無汙染， 效率高和（hé）質（zhì）量可靠等特點（diǎn）[1]。我廠的拋丸機主要用來對鋼板進行入熱處理爐（lú）前的表麵處理和檢查，以防（fáng）氧化鐵皮帶入爐內造成爐（lú）底輥（gǔn）結瘤，劃傷鋼板表麵。
　　1工藝總體簡介
　　1.1設備描述（shù）
　　拋丸機組主要包括拋丸機輥道及（jí）本體焊接結（jié）構、丸料篩選裝置、若（ruò）幹（gàn）個丸料分配與輸送裝置、8台上下布置與水平線成45°的（de）拋丸器、可升/降的（de）丸料收集刮板和清掃毛刷、鬥式（shì）提（tí）升機、氣（qì）動給料閥門控製機構，以及丸料的淨化及除塵設備等。拋丸機設備如圖1所示。
　　1.2工藝流程
　　總體來說，拋丸機的工藝流程主要（yào）分為3大部分：
　　啟動—>拋丸—>停機
　　在開機前需確認以下幾點：
　　1.拋頭蓋關上；2.料鬥（dòu）內（nèi）丸料充足；3.急停按（àn）鈕關閉；4.維修門關閉（bì）並鎖上；5.壓縮空氣連（lián）接良好。
　　啟（qǐ）動（dòng）設備可自/手動，順序如下：
　　先（xiān）啟動除塵設備，而後是鬥提機（jī）及篩選裝置（zhì），接著由下至上依次啟（qǐ）動各個螺旋輸送器，較後是吹掃風機。完成後丸料循環（huán）係統開始運行，可以進鋼板了。停機時順序（xù）與之相反。
　　拋丸時在手動模式（shì）下，輥道傳送（sòng）與拋頭開閉，及提升裝置的（de）位置需人工設定。其餘同自動模式（shì）。工（gōng）藝流程（chéng）如圖2所示。
　　在自動（dòng）生產模式下，鋼板（bǎn）沿圖中方向以設定好的速度穿過整個拋丸機組（zǔ）；在入口處裝有測厚儀記錄鋼板實時厚度，在鋼板到（dào）達拋頭區域時，程序控製給料氣動閥打開，丸料即由拋（pāo）丸器的葉片帶動以極高（gāo）的速度打向鋼板，給其表麵進行拋光。鋼板經過（guò）拋丸區後繼續前進，刮板和清掃裝置根據先前記（jì）錄的實時厚度，提升到（dào）相應位置對鋼板進行清掃，較後將其（qí）送出（chū）拋丸機。
　　拋丸後的丸料及雜（zá）物，靠自重落入下部的丸糟中（zhōng），通過螺旋輸送（sòng）器（qì）送到丸料提（tí）升機的地坑裏，丸料經提升機皮帶上的刮鬥提升到機組上方，再輸送（sòng）到篩選裝（zhuāng）置將大的氧化（huà）鐵（tiě）皮及（jí）其雜物篩選出來（lái），丸料及粉塵從篩子上落下，此處由（yóu）於抽風機的作用（yòng），將丸料中的碎丸粒（lì）子粉塵隨風帶（dài）走，正常丸（wán）料又回到丸料分配倉內繼續循環使用。
　　2 控製係統設計與具體解決方案
　　2.1硬件組態
　　拋丸機（jī）的電氣控製係統由1套S7-300PLC及遠程I/O、MP277操作麵板、PC上（shàng）位機，1台西門（mén）子變頻器及相應的強電控製（zhì）回路組成（chéng）。PLC采用STEP7 V5.3軟件進行編程， 上位機和操作麵板分別采（cǎi）用Wincc6.2和（hé）Winccflexible2004進行（háng）人機（jī）界麵編程。PLC控製櫃在操作室旁（páng），操作麵板、變頻（pín）器及遠程I/O則在現場。係統組態如圖3所示：
　　PLC采用CPU314作為中央處理單元，電源模（mó）塊采用PS3075A電源（yuán）， I/O模塊為3塊SM321-1BL數字輸入模塊和1塊SM322-1BL數字輸出模塊，CPU除處理器外附加（jiā）1塊24位數字輸入/12位輸出模塊和1塊模擬量（liàng）5路輸入（rù）/2路（lù）輸出模塊。
　　2.2拋丸機（jī）電機控製設計
　　拋丸器電機為8台AC37kW電機，采用繼電器控製（zhì）回（huí）路，啟動（dòng）方式為星-三角，啟動信號由（yóu）程序給出。拋頭在工作（zuò）時長期開啟，保證砂料供應。其它如提升（shēng）機電機、分離器電機、螺旋輸送器電機的控製為直接啟動控製，由於（yú）這些電機停止都會造成砂料堵塞，所以在電機轉軸上都設立（lì）一個接近開關檢測電機是否（fǒu）正常運（yùn）轉，一（yī）旦檢測到停轉（zhuǎn）則將（jiāng）整個（gè）拋丸機（jī）係統停止，保護設備不受損壞（huài）[2]。
　　2.3係統安全聯鎖設計
　　在PLC控製（zhì）櫃（guì）中，有2個專用於急停控製的繼電器用來保護人身和設備的安全。安全（quán）控製回路所有信（xìn）號都由硬線串聯，回路中主要接入了現場和（hé）操作台（tái）的急停按鈕和安全門信號。安全門分為檢修安全門和控製防護門，檢修安全門位於拋丸室本體兩側，檢修安全門上側限位開關在工（gōng）作中必須關閉到（dào）位（wèi）；控製防護門為拋頭電機端蓋，在此處（chù）同樣裝有限（xiàn）位開（kāi）關以檢測是否關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（qiē）斷PLC控製電壓，並發出報警。
　　2.4測（cè）厚裝置與鋼板傳輸係統設計
　　在鋼板（bǎn）入口處（chù）裝有對射式（shì）掃描測厚裝置，原理如（rú）下圖：
　　如圖，該裝置其實是一種特殊的光電傳感儀（yí）器，發送端發射數道平行光線至接收端，鋼（gāng）板在經過光柵時，會擋住一部分光線，信號經（jīng）處理器光電轉換後送（sòng）入（rù）PLC作為開關量（liàng）輸入；若厚度不同，則輸入也不同，程序（xù）對輸入狀態字（zì）編碼後即為實際厚度。
　　本項目的鋼板傳輸係統非常有特色，係統將（jiāng）工作區域平行分為一個個間隔（gé）（從圖2可見），在拋丸機輥道上安裝有編碼計數器；每轉1/5周計數器就會發出一個脈衝信號，畫麵跟蹤前移一格（gé），因此根據輥徑計算（suàn）得出每個間隔距離為138mm。在程序中設有兩個寄存器，分別為高（gāo）度寄存器和位（wèi）移寄（jì）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（xiě）入數據，工作流程如下圖（tú）：
　　由上圖可見，通過輥道（dào）計數器，跟蹤模型有（yǒu）機地將鋼板的厚度和位移結合起（qǐ）來，將一（yī）塊完整的鋼板看（kàn）作（zuò）為一塊塊厚度不同的局部組合（hé），較（jiào）大程度地模擬了真實工況，提（tí）高了（le）操作精度（跟蹤隻在（zài）向前轉時有效）。此（cǐ）外在拋丸後用刮（guā）板和清掃裝置清除鋼板表麵丸料時，還可根據厚度的變化來動態調整裝置高度，不但可以獲得更好的拋丸質量，而且也起（qǐ）到了保護設備的作用。
　　3 結語
　　拋丸機自投入運行以來，該（gāi）係統電氣係（xì）統（tǒng）設計合理，PLC係統運行穩定，安全可靠，故障率低；減輕了工人勞動強度，提（tí）高了生產效率，保障了熱處（chù）理線的連續生產，具有（yǒu）廣闊的推廣應用前景。
　　參考（kǎo）文獻：
　　[1] 盧（lú）永平（píng）.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.自動控製技術在拋丸機中的應用.一重技術，2006，5（2）；49-50.
　　[3] 陸偉斐，王全先.西門子S7300PLC在火車輪拋丸機（jī）控製係統中的應用[J].機電工程，2008，25（8）；102-104.