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 2 1 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 s P 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 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 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 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 提锭装置将位置 的铝锭提至位置 或位置 推锭装置将位置 或位 置 的铝锭推至排锭台上 其中位置 的铝锭被正向 推至排锭台 位置 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 0 1 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 E m 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 0 5 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