基于PLC的全自动铝锭码垛机设计.pdf

2 0 1 2年 1月 第 4 0卷 第 2期 机床与液压 MACHI NE TOOL ＆ HYDRAUL I C S J a n ．2 0 1 2 Vo 1 ． 4 0 No ． 2 D O I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 3 8 8 1 ． 2 0 1 2 ． 0 2 ． 0 3 5 基于 P L C的全 自动铝锭码垛机设计 ． 王明武 陕西理工学院机械工程学院，陕西汉中7 2 3 0 0 3 摘要针对目前我国铝锭生产线人工码垛的现状，应用可编程序控制器设计全 自动铝锭码垛机。介绍码垛方式和码垛 机工作原理，阐述控制系统的硬件、软件的开发，给出全面、详细的设计思路，探讨计层及翻锭程序。使用结果表明该 机可完全替代人工码垛 ，从而大大降低了工人的劳动强度 ，提高了劳动生产率，同时码垛质量提高，杜绝了散包现象。 关键词可编程序控制器；码垛机 ；控制系统 中图分类号T P 2 7 3 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 2 21 0 1 3 D e s i g I l 0 n t h e A l u mi n u m I n g o t S t a c k e r B a s e d o n P L C W ANG Mi n g wu D e p a r t m e n t o f Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ，S h a a n x i U n i v e r s i t y o f I n d u s t r y ，H a n z h o n g S h a a n x i 7 2 3 0 0 3 ，C h i n a Ab s t r a c t Ac c o r d i n g t o t h e p r e s e n t s i t u a t i o n o f h a n d p all e t i z i n g o n the a l u mi n u m i n g o t p r o d u c t i o n l i n e ，a n a u t o ma t i c a l u mi n u m i n g o t s t a c k e r W a ft d e s i g n e d b y a p p l y i n g p r o g r a mma b l e l o g i c c o n t rol l e r ．P all e t i z i n g me t h o d a n d w o r k i n g p r i n c i p l e o f the alu mi n u m i n g o t s t a c k e r w e r e i n t r o d u c e d ．T h e c o mp l e t e d a n d d e t a i l e d i d e a o f t h e a u t o ma t i c alu mi n u m i n g o t s t a c k e r i n c l u d i n g h a r d w a r e a n d s o f t w a r e d e s i gn Was e x p o u n d e d ．T h e p r o gra m o f c o u n t i n g l a y e r and t u rni n g i n g o t Wa S i n v e s t i g a t e d ．T h e r e s u l t s h o w s tha t t h i s ma c h i n e ． C an b e u s e d t o r e p l a c e the h a n d p a l l e t i z i n g ，thu s the l a b o r i n t e n s i t y o f wo r k e r s i s g r e a tl y r e d u c e d a n d p rod u c t i v i t y i s r a i s e d ．At t h e s a n l e t i me ，the q u a l i t y o f p all e t i z i r t g i s i mp r o v e d，S O the i n g o t p a c k e r f all o u t p h e n o me n o n i s a v o i d e d ． Ke y wo r d sP rogra mma b l e l o g i c c o n t r o ll e r ；S t a c k e r ；C o n t r o l s y s t e m 铝锭是电解铝厂的主要产品，浇铸后的铝锭需要 码垛 打捆 以利运输 ，是该 行业 中不可缺少 的一 中作业 方式。码垛始终困扰着电解铝厂，目前许多厂家都由 人工进行搬抬和码垛 ，不仅劳动强度大、效率低 ，而 且码垛不齐，以至于称重、保管、运输中出现散包现 象 J 。另外，人工码垛 也是铝 锭生 产 的一 个 “ 瓶 颈” ，制约产量 的提高。作者采用可 编程 序控制器 P r o g r a m m a b l e L o g i c C o n t r o l l e r 设计了一种全 自动铝 锭码垛机 ，工作可靠且 自动化程度高，大大降低了工 人的劳动强度，提高了劳动生产率。 1 铝锭码垛机简介 1 ． 1 码 垛 方式 铝锭堆垛要求为 1 每垛铝锭为 1 1 层，第一 层为 4块，其余各层为 5块，共计 5 4块； 2 相邻 两层交错 9 0 。 放置； 3 第一层 4块并排反向且朝上 放置，以利打捆及叉运； 4 其余各层中相邻两块 按正、反、正、反、正交错放置，排列规则为侧面上 的钩互相 咬合在一起 J 。 ． 1 ． 2 工作原理 码垛机由铸锭机、升降机和输送机三部分组成 ， 码垛机机构简图如图 1 所示。 8 D F 机 械 手提 升 4 3 。 D F F二 三二三 由 提锭气缸 I1 l ① 5 DF 推锭气缸l ’[ [ 于一 。 7 D F 转向气缸 ．卸 甸 2 。 F 拉锭气 ／／ I DF 接锭气缸 ② 图 1 码垛机结构和气动元件安装示意图 铸锭机 、升降机和输送机分别用3 ． 0 、2 ． 2和 1 ． 5 k W交流电机进行驱动。铸锭机接受浇注的铅合金熔 液后 ，即可连续铸锭 ，铝锭模具 之间采用 瓦形搭 边式 排列 ，无铅液渗出，冷却速度快，铸锭机电机使用屯 压调速器进行调速。从铸锭机铸模中脱下的铝锭在位 置①由接锭装置接住并放入水槽中冷却 ；拉锭装置将 水槽中的铝锭间歇地拉至位置② ；提锭装置将位置② 的铝锭提至位置③或位置④ ；推锭装置将位置③或位 置④的铝锭推至排锭台上 ，其中位置③的铝锭被正向 推至排锭台，位置④的铝锭在被推向排锭台的同时翻 转并与前块正锭挂钩，即一层5个铝锭在排锭台上完 收稿 日期 2 0 1 01 2 0 6 作者简介王明武 1 9 8 O 一 ，男 ，讲 师，主要从 事先进 工业 自动 化技术 集成 与应用。Em a i l w a n g m i n g w u 6 6 6 1 6 3 ． c o n 。 1 0 2 机床与液压 第 4 O卷 成了9 0 。 或 1 8 0 。 转 向等码垛要求。升降机由机械 系 统、控制系统、驱动系统和执行装置等组成。当排锭 台上排满一层时，升降机爪下降到最低位将该层铝锭 抓起来 ，并运至输送机上。当码完一垛后 ，输送机转 动履带并将该垛移至打捆叉运工位，从而完成一次码 垛整形任务 。 执行元件除输送机采用制动电机外 ，其余均采用 气缸 ，由两位五通电磁阀控制，各电磁阀控制对象分 为1 D F控制接锭气缸 ；2 D F控制拉锭气缸；3 D F控 制提锭气缸；4 D F控制翻锭气缸 ；5 D F控制推锭气 缸 ；6 D F控制机械手抓锭气缸 ；7 D F控制机械手转向 气缸 ；8 D F控制机械手提升气缸 ；9 D F控制机械手下 降气缸；1 0 D F控制机械手行走气缸。 码垛系统各部机的动作，均由电气系统控制和协 调，使码垛机按照设定的工艺流程来完成整个生产过 程 。 2 控制系统设计 2 ． 1 控 制信 号 该生产线中自动控制信号均采用行程开关或限位 开关 ，具体如图2所示。 o o x w 3 [-] X W 4 口 ]w ， ⋯ 叩 X W 2 x w l 口口X W 1 0 一 x ⋯k。Y口2 图 2 排 排 排 排 譬葚咎譬 髓 接近开关示意 图 各行程开关功能如下X W1 输出机械手上升限 位信号 ；X W2输 出机械手下降限位信号 ，同时为计 层信号 ；X W3输出机械手后行限位信号；X W4输出 机械 手前行 限位 信号 ；X W5输 出抓人 限位 信 号； X W6输出检入 限位信号；X W7 、X W8 、X W9 3个限 位开关安装在铸造机附近，控制接锭、拉锭、提锭 、 推锭 、翻锭 等 动作 ，其 中 提锭 信号 为 计数 信 号； X W1 0输出机械手限位信号；X Wl 1输出输送机限位 信号；X W1 2输出机械手限位信号。 2 ． 2硬件 设计 由码垛机的工作流程可知 ，码垛机码垛过程是一 个 较复杂 的过程 ，它 既有 接锭 、拉锭 、提锭 、翻锭 、 推锭以及机械手动作的配合顺序动作 ，同时又有计 数、铝锭分层和层间9 0 。 排放等码垛要求。如果用传 统的继电控制 ，则控制线路将是非常复杂的。由于可 编程序控制器是专为工业环境而设计的控制器，具有 很强的逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算 等操作 的指 令 功 能 ，并 通 过 限位 开关 、按 钮 开 关 、 继电器或其他传感器等输入信号 ，以及 电磁阀、继 电器或接触器输出信号，以控制各种机械 的生产过 程 ，且可靠性及通用性都很高。因此，该控制系统 选用欧姆龙公司生产的 C 6 0 P可编程序控制器作为 控制中心。 C 6 0 P有 3 2个输入点，2 8个输 出点。输入点与 按钮开关、限位开关、继电器触点等连接；采用继电 器输出形式， 输出点直接与指示灯、继电器线圈、接 触器线圈以及电磁阀线圈等负载相连接。输入、输出 端子分配及接线图如图3所示。图中输入点包括 自动 运行时的行程控制开关以及手动运行时的按钮开关 ； 输出端 0 6 0 8 、0 6 0 9直接接入铸锭机电机控制回路。 捧 抓 转 输自 故 压 行 上 下 前 后 抓 放 转回 铸 铸 接 拉 推 提 翻自 锭 锭 向 送动 障 力 走 行 行 行 行 锭 锭向 位 造 造 锭 锭 锭 锭 锭行 指 指 机指 指 指 指 继 继电 电 电电 电 电 机 机 继 继 继 继 继继 示 示 保示 示 示 示 电电 磁 磁 磁磁 磁 磁 开 停 电 电电 电 电 电 自 手 接 拉 推 提 翻 调 复 向 向 向 向抓 放转 回 试 上 下 前 后 推行 翻检 开 停 输压 压热 动 动 锭 锭 锭 锭 锭 整 位 上 下 左 右锭 开 向 位 车 升 降 行 行 锭走入 入 始 止 送力力 继 按 按按 按 按 按 按 按 按 按 按 按 按按 按 按 按 按 限 限 限限 限 按继 继 按 按 接表 表保 钮 钮 钮钮 钮 钮 钮 钮 钮 钮 钮 钮 钮钮 钮 钮钮 钮 位 位 位 位 位钮电电 钮 钮 触上下 护 器器 器限限 图 3 P L C接线图 第 2期 王明武基于 P L C的全 自动铝锭码垛机设计 1 0 3 2 ． 3软 件 设计 系统具有自动运行和手动运行两种模式。自动运 行模式下，系统在行程开关 、执行元件以及定时器、 计数器的控制下 自动循环码垛 ；手动模式下，需要按 下控制柜上的按钮开关才能执行相应的操作，方便调 试和维修等情况。 X W9每 自铸锭机链轮轴采集到一次接锭信号 ， 之后接锭气缸、拉锭气缸在一定时间内先后完成接 锭 、拉锭动作 ； X W8被拉至提锭位的铝锭触发，随 后提锭气缸及推锭气缸先后动作 ，将铝锭推至排锭台 上 ，该信号同时被计数，并判断该块铝锭是正向放置 还是反向放置。如为反 向放置 ，则翻锭气缸 同时动 作，将铝锭提至高位再推至排锭台上。当排锭台上排 满规定的一层铝锭后 X W6被触发。安装有行程开关 X W2的机械手下降 ，碰到铝锭后 X W2被触发，机械 手抓锭并上升；碰到上升限位 X W1 后 ，机械手前行 ； 碰到前行限位 X W4后 ，机械手下降；碰到下降限位 X W2后 ，机 械 手 放 锭并 上 升 ；碰 到 上 升 限位 X W1 后 ，机械手后行；碰到后行限位 X W3后等待 各行 程开关均为前一动作触发， 继而执行下一动作 。其 中码垛小车前行 时要判断该层 铝锭是否旋转 9 0 。 放 置 ， 如需旋转，小车前行同时伴随机械手旋转动作。 限于篇幅，将机械手升降、旋转、小车行走、输送机 前行程序略去，仅给出翻锭部分 自动执行梯形图程 序，如图4所示 ，仅供参考。 m∞ m 0l m 0 2 m口 2 n D m0 o f 蹰 ■ ‘ 皇蛄字 啊 撞许 数 1 0 0 3 。 ‘ 蛄柬亭 翻患生 位 1 0 0 4 瑚0 4 I 班F D Q ● 下*沿健分 1 0 1 5‘ I l 0 1 3 位 ■一 I ‘ 脚01 I O 0 4 5 I 4 I 生 广 许 数 自 矬 l ∞∞I 摧 ‘ I o 1 ． 琥 0 0 1 6 图4翻锭梯形 图程序 程序中关键部分在于判断每块铝锭应正向或反向 放置。在程序 中作者使用 了逐位移位功能指令 S F I “ 1 0 ，按移位寄存器 的数据输入、移位脉冲输入、 复位输入、S F T的顺序编程 ，首通道号为 H R 0 ，末通 道号为H R O 。当移位脉冲输入 1 0 ． 0 4从 O F F变为 O N 时，依 次 移 位，排 锭1 H 0 0 ． 0 0 、 排 锭2 H O 0 ． O 1 、排 锭 3 H 0 0 ． 0 2 、排 锭 4 H 0 0 ． 0 3 、 排锭 5 H 0 0 ． 0 4 依次被置位，当H 0 0 ． 0 1 和 H 0 0 ． 0 3 有效 时 ，触发 翻锭继 电器进行 翻锭 ，第 2 块 和第 4块 铝锭被反 向，实现了相邻两块 铝锭按 正、反、正、 反、正交错放置的要求。 4结语 文中使用可编程控制器设计了全 自动码垛机 ，实 现了铝锭的自动码垛 ，不仅减轻 了工人的劳动强度， 而且码垛质量较高，避免了叉运、管理和运输过程中 的散包现象。实际应用结果表明将可编程序控制器 用于铝锭码垛机，极大地简化 了继电接触器控制电 路，且可靠性、可维护性及灵活性大大提高。 参考文献 【 1 】 张明远 ， 田方， 关强， 等． 全 自动铝锭码垛机的设计[ J ] ． 轻金属 ， 1 9 9 6 1 2 O一 2 3 ． 【 2 】 张明远 ， 熊伟广． P L C可编程序控制器在铝锭码垛机中 的应用[ J ] ． 制造业 自动化 ， 2 0 0 0， 2 2 9 5 05 2 ． 【 3 】 张晓莉 ， 王幼华， 林和荣． 铝锭堆垛机机械手示教盒的设 计[ J ] ． 机械研究与应用, 2 0 0 6 ， 1 9 4 7 4 7 6 ． 【 4 】 韩德生． Z M L 1 4 0 0型全 自动码垛机的应用 [ J ] ． 纯碱工 业 ， 2 0 0 6 1 2 3 2 5 ． I 5 】马占义， 芮执元． 一种新型铝锭码垛机机械手的研究设 计[ J ] ． 新技术新工艺， 2 0 0 9 8 6 3 6 5 ． 上接 第 8 2页 速精确。动态实验表明该测试系统可以应用到喷气 织机喷射气流流速的的测量过程中，同时测试系统工 作稳定可靠、灵敏度高、误差范围小，适用于各种测 量环境 ，为喷气织机气流测试实验提供了一种方便的 工具 系统 。 参考文献 【 1 】S h i m o d a M ． P r e d i c t i o n m e t h o d o f U n b u m t C a r b o n f o r C o a l F i r e d Ut i l i t y B o i l e r U s i n g I ma g e P r o c e s s i n g Te c h n o l o g y o f C o m b u s - t i o n F l a me [ J ] ． I E E E T r a n s o n E n e r g y C o n v e r - s i o n ， 1 9 9 0 ， 1 5 4 6 4 0 6 4 5 ． 【 2 】 高晋占． 两相流流速测量的参数估计法研究 [ J ] ． 自动 化仪表 ， 2 0 0 5 ， 2 6 1 2 2 02 2 ． 【 3 】 赵怀勋 ， 王绍斌， 张平国， 等． 喷气织机气流测试仪的研 制[ J ] ． 棉纺织技术， 1 9 9 4 ， 2 2 1 0 2 8 2 9 ． 【 4 】 张毅， 周绍磊， 杨秀霞． 虚拟仪器技术分析与应用[ M] ． 北京 机械工业出版社， 2 0 0 4 ． 【 5 】 张平国． 喷气织机引纬原理与工艺[ M] ． 中国纺织出版 社 ， 2 0 0 5 ．