凯发官网地址 西門子S7-300 PLC在火車輪拋丸機控制系統中的應用

摘 要 :根據火車輪烘干及拋丸工藝要求 ,確定了火車輪拋丸機的工作原理及電控系統的組成 ,介紹了將西門子 S72300 PLC用于火車輪拋丸機控制系統的編程原理及部分程序編制的方法 。 應用結果表明 ,該系統能夠滿足火車輪檢測生產線連續生產的要求 ,提高了生產效率 ,減輕了勞動強度 ,具有廣闊的推廣應用前景。本文由 吊鉤式拋丸機 整理
關鍵詞 :可編程邏輯控制器 ;W I NCC2flexible; OP170A操作面板 ;火車輪拋丸機
中圖分類號 : TG668 文獻標識碼 : A 文章編號 : 1001 - 4551 (2008) 08 - 0102 - 03

0 前 言
火車輪拋丸機是馬鋼火車輪公司檢測線上關鍵設備之一 ,其主要完成火車輪輻板面的拋丸清理強化工作。 原先 拋丸機 采用繼電器控制方式 ,故障點多、控制不精確 ,噴出的鋼丸經常四處飛溢 ,噴向火車輪表面的噴丸力度無法控制 ,且具有較大的操作危險性。 因此 ,迫切需要采用自動化控制來改進拋丸工藝 ,以保證火車輪檢測線連續生產 ,保障火車輪質量 。
本研究主要介紹西門子 S72300 PLC在火車輪 拋丸機 控制系統中的應用 。
1 火車輪拋丸工藝過程
如圖 1所示 ,火車輪拋丸的工作過程為 :首先將火車輪送入拋丸機的烘干室 ,通過烘干設備將火車輪表面的水分烘干 ,烘干后的火車輪被烘干擺架送出烘干室 ,進入到拋丸室 ,拋丸室門關閉后 ,自轉機構開始旋轉 ,彈丸閘門打開 ,拋丸器的葉輪高速旋轉 ,鋼丸經過丸管流入到分丸輪預加速 ,然后經過定向套推出到高速旋轉的葉片上 ,經葉片的加速拋向工件 ,拋丸結束后彈丸閘門關閉 ,防護門打開 ,火車輪由拋丸室的擺架送出拋丸室 ,完成整個拋丸工藝 [1 ]。 火車輪噴丸機工作流程 ,如圖 2所示。

圖 1 車輪烘干拋丸機結構示意圖
1— 車輪 ; 2— 導軌 ; 3— 烘干擺架 ; 4— 烘干器 ; 5— 烘干室 ; 6— 平臺 ; 7— 漏斗 ; 8— 彈丸閘門 ; 9— 內部葉輪 ; 10— 拋丸室 ; 11— 自轉機構 ; 12— 拋丸擺架

2 火車輪拋丸機電氣控制系統設計
根據火車輪噴丸的工作流程 (如圖 2所示 )和工藝要求 ,其自動控制系統采用流程化設計 , PLC程序的編制采用置復位形式編寫。 對于火車輪可以進行拋丸或不拋丸 ,指令信號由控制臺進行選擇控制 ,也可以通過生產線上控制物流的 PLC發出優先控制指令來控制是否拋丸。拋丸機電氣控制程序設計的難點在于 3個方面 :

圖 2 火車輪噴丸機工作流程

(1) 保證操作者與設備的安全 ,安全門保護控制如果設計不當 ,泄露鋼丸的發射速度相當于氣槍子彈 ,會造成人身傷亡或設備嚴重損壞 ,另外提升機、螺旋輸送器、分離器電機停止則會造成設備嚴重損壞。
(2) 在 OP170A的程序編制上 ,要完成在 OP170A上實現設備所有工作狀態的監控和參數的設定 ,并且要考慮 PLC 脫離 OP170A 后的控制 ; W I NCC2flexible2004軟件 [ 2 ]是西門子公司組合 PROTOOL 和 W I NCC的人機界面控制軟件 ,控制軟件的編制更加人性化 、直觀化、簡單化。
(3) PLC程序的編制 ,要滿足所有工藝要求和控制要求。 為了維護方便 ,所有程序編制沒有采用復雜的嵌套編制法 ,不采用復雜的調用。
本系統控制關鍵點的設計介紹如下。
(1) 拋丸機安全門控制設計 。 拋丸機安全門是保護人身和設備安全的關鍵設備。 安全門分為檢修安全門和控制防護門 ,檢修安全門位于拋丸室本體兩側 ,用于防止鐵沙礫飛濺傷人 ,檢修安全門上側限位開關是否關閉到位 ,一旦檢修門在工作中打開 ,在 PLC程序中 3個彈丸閘門將關閉 ,停止下砂 ,同時在 OP170A 和控制臺發出報警信號 。 控制防護門為拋丸室前后開啟門 ,由氣缸控制 ,氣缸內有磁元件檢測開 /關到位 ,同時門上有接近開關檢測門是否到位 ,確保準確無誤。 當火車輪烘干計時結束時 ,打開前防護門 ,當火車輪結束拋丸過程時則打開后防護門將火車輪放出。
(2) 拋丸機電機與拋丸控制設計。 拋丸機電機為2臺 AC15 kW 電機 ,采用星 - 三角啟動方式 ,與傳統繼電器控制回路不同 , 2個繼電器采用 PLC控制 ,去除延時繼電器 ,用程序進行模擬啟動方式 ,拋丸電機在工作時長期啟動 ,保證鐵砂供應 。拋丸機電機控制程序示例 ,如圖 3所示。

圖 3 拋丸機電機控制程序示例

提升機電機、分離器電機 、螺旋輸送器電機的控制為直接啟動控制 ,由于 3臺電機停止都會造成鐵砂堵塞 ,所以在電機轉軸上都設立一個接近開關檢測電機是否正常運轉 ,一旦檢測到停轉則將整個拋丸機系統停止 ,保護設備不受損壞。
(3) 電機啟動單鍵控制及相互之間的連鎖。 所有電機啟動采用單鍵啟動 /停止方式 ,采用單鍵控制啟 /停可以減少按鈕的數量 ,但是單鍵控制啟 /停在 PLC程序控制中要注意方法 ,由于還有其他條件控制電機的運行 , PLC程序編制要考慮周到。拋丸機電機啟 /停單鍵聯動控制程序示例 ,如圖 4所示。

圖 4 拋丸機電機啟動單鍵聯動控制程序示例

(4) 拋丸下砂控制與振動篩控制設計 。 拋丸機的下砂控制由 3個氣缸控制彈丸閘門來進行 ,彈丸閘門正常為常開 ,下砂由 1 /2#彈丸閘門進行控制。 當火車輪進入拋丸室內 ,開始下砂 ,彈丸閘門上面的手動閘板可以調節下砂量 ,彈丸閘門是否關到位由氣缸內部的磁開關來檢測。 一旦檢測工作出錯 ,相應的報警信號會出現在 OP170A上。
(5) 火車輪自轉機構的變頻器控制與 PLC控制 。當火車輪進入拋丸室后 ,在整個拋丸過程中火車輪必須進行勻速旋轉 ,使火車輪輻板面拋丸均勻 ,所以轉動速度要求可調節 ,且無火車輪不拋丸時自轉機構停轉 。為此 ,采用變頻器來控制電機的頻繁啟動 /停止 ,將電機啟動上升斜坡時間設定為 3 s,保證電機平滑啟動 ,并通過頻率設定調節電機轉速 ,電機啟動采用外控形式 ,調節時采用面板控制 。 電機的電流顯示與過流控制通過變頻器與 PLC之間的模擬信號和數字信號的交接來完成 ,所有的報警顯示在 OP170A上 。
(6) 烘干時間與拋丸時間的 PLC控制。 烘干時間與拋丸時間由 OP170A 來進行設定 ,通過 DB201塊傳送到 PLC 內 ,程序中采用倒計時方式進行時間控制 ,先設定 200 s時間進行倒計時 ,一旦倒計時時間達圖 5 拋丸時間設定與控制程序到 DB201塊數據值則認為時間到達 ,發出結束指令。即使 OP170A在工作過程中斷電或通訊中斷 ,不影響PLC程序正常運行 ,同時 OP170A 記錄剩余的時間。拋丸時間設定與控制程序示例圖 ,如圖 5所示。

圖 5 拋丸時間設定與控制程序

3 控制系統的硬件組成
火車輪拋丸機的電氣控制系統由 1 套 S72300[ 3 ]的 PLC及相應的輸入 /輸出模塊、 1臺 OP270B 操作面板、1臺華為變頻器及相應的強電控制回路組成 。 PLC程序采用 STEP 7 V5. 3 軟件進行編程 , OP170A 采用W I CC2flexible 2004軟件進行人機界面的編程 [ 4, 5 ] 。PLC采用 CPU314 作為中央處理單元 ,電源模塊采用 PS307 5 A 電源 ,I/O 模塊為 3 塊 DC24 V 的SM32121BL數字輸入模塊和 4塊 AC220 V 的 SM32221HH數字輸出模塊 ,另外增加 1塊 DC24 V 的 24位數字輸入 /12位數字輸出模塊和 1塊模擬量 5路輸入 /2路輸出的模塊。
4 結束語
在本研究中 ,筆者將 PLC技術應用于火車輪拋丸機自動控制中 ,系統設計結果表明 ,利用 W I NCC2flexi2ble 2004軟件編程直觀簡單 ,調試程序方便 ,在調整一些檢測位置后 ,設備進入穩定運行態。
實踐證明 ,該系統電氣系統設計合理 ,安全可靠 ,故障率低 ,減輕了工人勞動強度 ,提高了生產效率 ,保障了火車輪檢測線的連續生產 ,具有廣闊的推廣應用前景。
參考文獻 ( Reference) :
[ 1 ] 濟南捷邁鑄造機械工程公司. QL13型車輪拋丸機組使用說明書 [M ]. 濟南捷邁鑄造機械工程公司 , 2003.
[ 2 ] Siemens公司. W I NCC v6. 0速成手冊 [M ]. 北京 :西門子(中國 )有限公司 , 2005.
[ 3 ] 廖常初. S72300 /400 PLC應用技術 [M ]. 北京 :機械工業出版社 , 2006.
[ 4 ] 夏辛明 ,黃 鴻 ,高 巖. 可編程控制器技術及應用 [M ].北京 :北京理工大學出版社 , 2005.
[ 5 ] 胡俊達. PLC在搖臂鉛床電氣控制中的應用 [ J ]. 輕工機械 , 2006, 24 (2) : 126 - 128.