任國(guó)雄　趙勇　麥仲銘　陳志堅(jiān)

摘 要：陶瓷行業(yè)拋光磚生產(chǎn)線“上磚操作”工序中工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，為此，筆者設(shè)計(jì)和制造了一款適用的自動(dòng)化上磚機(jī)。本文著重闡述上磚機(jī)的系統(tǒng)工作原理，介紹如何利用編寫應(yīng)用程序及可編程控制器（PLC），實(shí)現(xiàn)上磚機(jī)的自動(dòng)化控制，對(duì)提高自動(dòng)化控制水平及降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高流水生產(chǎn)線的作業(yè)能力大有幫助，并有利于行業(yè)推廣使用。

關(guān)鍵詞：拋光磚生產(chǎn)線；可編程控制器PLC；上磚機(jī)；變頻器；光電開關(guān)；執(zhí)行機(jī)構(gòu)

1 引 言

在陶瓷拋光磚的生產(chǎn)過程中，窯爐高溫?zé)鰜淼拇u坯不宜立即進(jìn)行下道工序，而是要求經(jīng)過下線降溫，通過一段時(shí)間的應(yīng)力釋放之后，才送到拋光工序。這就需要一個(gè)大量貯坯的過程。通常不采用平疊堆垛的方式進(jìn)行存放，因?yàn)槠蒋B堆垛不利于磚坯的應(yīng)力釋放，而是用豎放的方式，把它們緊密排列在磚架內(nèi)。平放的磚坯容易上拋光線，用機(jī)械手吸盤就能很方便地搬上拋光線。但密集豎放在磚架里的磚坯就不容易上拋光線了。以往通常是用人工的方式，逐塊把它們搬上拋光生產(chǎn)線。每塊磚的重量約16公斤以上，每天要搬上萬塊磚坯，工人需要消耗的體力勞動(dòng)非常之大。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)高速發(fā)展，勞動(dòng)力資源越來越稀缺，特別是國(guó)家計(jì)劃生育政策實(shí)施多年之后，從事體力搬運(yùn)工作的勞動(dòng)力越來越匱乏。為降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度、提高機(jī)器化作業(yè)水平，我們?cè)O(shè)計(jì)和制造了一批專門從事拋光生產(chǎn)線用的自動(dòng)化上磚機(jī)。顧名思義，上磚機(jī)就是要從地面上把磚搬運(yùn)到1米高左右的拋光線上，這樣的一種流水作業(yè)系統(tǒng)集成裝置。本文從上磚機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)出發(fā)，介紹它的工作原理，并說明該系統(tǒng)的工作流程。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)由磚架及承載它的載磚車、推磚盤及其氣缸、鉤磚彎桿及其氣缸、擋磚臂及其氣缸、上磚皮帶系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、傳感器檢測(cè)系統(tǒng)和電機(jī)或氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，如圖1所示。以800mm×800mm的磚坯為例，它的厚度通常是11mm，把它們一片緊接著一片豎立斜靠在磚架內(nèi)，然后用叉車將磚和磚架一起叉到載磚車上。載磚車安裝在地面之下，在軌道上來回移動(dòng)，其表面與地面平齊。

從圖1的右邊往左看磚架得到的視圖，就是圖2，即磚坯裝在磚架內(nèi)的背視圖。結(jié)合圖2和圖3，我們可以知道推磚盤的作用。在磚架的右側(cè)安裝一個(gè)氣缸，用電磁閥YV1控制它驅(qū)動(dòng)推磚盤，把磚架內(nèi)最前面的一塊磚（即圖1的位置1的那塊磚）從右向左推出來，以便該磚坯?？吭阢^磚彎桿下面，鉤磚彎桿往下動(dòng)作就能把此塊磚從磚坯隊(duì)列中分出來。圖3的虛線位置就是磚坯被推出來的位置。磚坯有沒有被推出來，我們可以用對(duì)射電眼來檢測(cè)，為作圖簡(jiǎn)化，本文省略了對(duì)射電眼的畫圖。

鉤磚彎桿也是靠氣缸和電磁閥YV2驅(qū)動(dòng)，如圖4所示，左圖上面的氣缸從上往下伸展，迫使鉤磚彎桿圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)支點(diǎn)O1自上而下、自右至左做圓弧運(yùn)動(dòng)，把位置1處凸出來的磚勾下來，而其余的磚不在鉤磚彎桿的動(dòng)作范圍之內(nèi)，不受影響。注意O1、O2、O3這三個(gè)活動(dòng)支點(diǎn)都必須是可轉(zhuǎn)動(dòng)的，否則不能完成鉤磚動(dòng)作。被鉤選下來的磚倒下來之后，靠在擋磚臂的活動(dòng)膠輪上，如圖4的右圖所示位置2。

擋磚臂同樣也是靠氣缸電磁閥YV3來驅(qū)動(dòng)，它的轉(zhuǎn)動(dòng)軸與皮帶輪同軸，擋磚臂同樣只有兩個(gè)位置，支撐磚位和放下磚位是由氣缸的兩個(gè)極限位決定的。為簡(jiǎn)便作圖，此處氣缸不再畫出來，如圖5所示。擋磚臂轉(zhuǎn)下來后，磚坯被放下來緊靠在輸送皮帶之上，隨著皮帶輪的轉(zhuǎn)動(dòng)向上爬坡傳送。

電氣控制系統(tǒng)組成：以西門子可編程控制器S7-226為主控中心，由它接收主令控制信號(hào)及各種傳感器輸入信號(hào)，經(jīng)內(nèi)部程序運(yùn)行后，輸出驅(qū)動(dòng)電磁閥使各氣缸動(dòng)作或者電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。系統(tǒng)的電氣原理圖較簡(jiǎn)單，不再畫出，PLC的各輸入輸出點(diǎn)分配如下：

I0.0 停止開關(guān)

I0.1 啟動(dòng)按鈕

I0.2 擋磚光電開關(guān)S8，擋磚臂豎起來時(shí)亮

I0.3 推磚光電開關(guān)S7，推磚盤收回后亮

I0.4 鉤磚光電開關(guān)S6，鉤磚彎桿在高位時(shí)亮

I0.5 隔磚光電開關(guān)S5，前一塊磚離開S5之后，才能上后一塊磚

I0.6 定位光電開關(guān)S4，載磚車往左運(yùn)動(dòng)時(shí)，由它檢測(cè)到磚坯信號(hào)使之停止

I0.7 載磚車左限位S3，防止載磚車向左（前）運(yùn)動(dòng)極限位

I1.0 載磚車右限位S2，防止載磚車向右（后）運(yùn)動(dòng)極限位

I1.1 磚坯落靠檢測(cè)S1，分磚后磚坯?？吭趽醮u臂上的確認(rèn)信號(hào)

I1.2 對(duì)射電眼檢測(cè)S0，用來檢測(cè)磚坯是否被推出來

I1.3 載磚車手動(dòng)向左移動(dòng)（前進(jìn)）

I1.4 載磚車手動(dòng)向右移動(dòng)（后退）

I1.5 手動(dòng)擋磚動(dòng)作

I1.6 手動(dòng)推磚動(dòng)作

I1.7 手動(dòng)鉤磚動(dòng)作

I2.0 系統(tǒng)復(fù)位

Q0.0 推磚電磁閥YV1

Q0.1 鉤磚電磁閥YV2

Q0.2 擋磚電磁閥YV3

Q0.3 載磚車左移（前進(jìn)）

Q0.4 載磚車右移（后退）

Q0.5 上磚皮帶輪電機(jī)

Q0.6 故障報(bào)警

3 系統(tǒng)動(dòng)作過程

磚架裝滿磚坯后，用叉車整體搬運(yùn)到載磚車上的固定位置，按下啟動(dòng)按鈕，PLC的Q0.3輸出通過變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)M1使載磚車往前移動(dòng)，直到光電開關(guān)S4檢測(cè)到最前面的第一塊磚坯到位才停下來，如圖1中的位置1，PLC的Q0.0輸出使推磚電磁閥YV1動(dòng)作，經(jīng)氣缸驅(qū)動(dòng)把最前一塊磚坯從磚架的右側(cè)推向左側(cè)一段距離，使之位于鉤磚彎桿的動(dòng)作范圍之內(nèi)，推磚完成之后，用對(duì)射電眼檢測(cè)磚坯是否推出至預(yù)定的位置。推磚完成之后，推磚盤要回歸原位，YV1失電。接下來由Q0.1輸出驅(qū)動(dòng)電磁閥YV2，使氣缸活塞往下動(dòng)作，帶動(dòng)鉤磚彎桿從上至下、從后往前運(yùn)動(dòng)，把推磚后凸出來的最前一塊磚，從磚架里鉤選出來，使之往前傾倒下來，磚坯壓靠在擋磚臂上，如圖4所示的位置2，可由光電開關(guān)S1檢測(cè)出來。在確認(rèn)最前一塊磚被鉤下來之后，電磁閥YV2失電，鉤磚彎桿往上回歸原位。當(dāng)光電開關(guān)S5位置檢測(cè)到皮帶上無磚時(shí)，YV3失電，擋磚臂往下撤，如圖5所示，此時(shí)磚坯再往下沉并靠到了皮帶上，隨著皮帶的運(yùn)動(dòng)往上輸送。當(dāng)磚坯往上爬到光電開關(guān)S5位置時(shí)，Q0.2再次輸出，YV3得電，擋磚臂重新豎起來。載磚車再次往前移動(dòng)一點(diǎn)，重復(fù)推磚—鉤磚—擋磚—送磚的過程，只有當(dāng)前一塊磚離開S5的位置，如圖5中的位置3，才能使后一塊磚跟著往皮帶上送。如此循環(huán)往復(fù)，把磚架內(nèi)的所有磚坯送完為止，最后Q0.4動(dòng)作，使載磚車后退，直到右限位為止。

4 應(yīng)用程序的編寫

明確動(dòng)作過程之后，系統(tǒng)的應(yīng)用程序就不難編寫了，本文以載磚車的動(dòng)作為例，說明程序的編制寫方法。列出載磚車向前移動(dòng)的誘發(fā)原因：初次啟動(dòng)按鈕被按下、再次送磚、手動(dòng)點(diǎn)動(dòng)向前。

列出載磚車不能向前移動(dòng)的原因：鉤磚彎桿及推磚盤沒回位、上磚傳送沒完成、前限位信號(hào)、磚被推出。

終止載磚車前移的條件：定位光電開關(guān)檢測(cè)信號(hào)和前限位信號(hào)和停止按鈕。

列出載磚車向后移動(dòng)的誘發(fā)原因：復(fù)位信號(hào)和送磚完成及手動(dòng)后退。

列出載磚車不能向后移動(dòng)的原因：鉤磚彎桿沒有收回、推磚盤沒回位及后限位信號(hào)、磚被推出。

終止載磚車后移的條件：后限位和停止按鈕。

將以上幾點(diǎn)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，可畫出載磚車的程序梯形圖6如下：

5 功能擴(kuò)展

為了便于理解，本文闡述簡(jiǎn)化了的上磚機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理，在實(shí)際應(yīng)用中已經(jīng)根據(jù)需要進(jìn)行了不少的改進(jìn)，例如：每次上磚一塊，可改成上磚一組多塊，在程序中，修改VW100的參數(shù)即可實(shí)現(xiàn)，VW100數(shù)值大，上磚塊數(shù)多，通常不超過4塊。一組多磚的方式上磚，在后續(xù)的傳送中，要求加裝分磚裝置。再例如：為了節(jié)省叉車裝載磚坯的耗用時(shí)間，通常設(shè)計(jì)有兩套載磚車，當(dāng)一套正在自動(dòng)化上磚工作時(shí)，另一套載磚車用于叉車裝載磚坯候用，二者輪流工作，極大縮短因裝載而引起的后續(xù)拋光機(jī)的空檔時(shí)間，不過兩套載磚車之間的工作要有切換裝置，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和應(yīng)用程序也就更為復(fù)雜。

6 結(jié)束語

上磚機(jī)，是我們應(yīng)用可編程控制器PLC在自動(dòng)化控制領(lǐng)域里的一個(gè)實(shí)用范例，它成功地在筆者所在公司的每條拋光生產(chǎn)線進(jìn)行推廣和應(yīng)用，工作非常穩(wěn)定可靠，達(dá)到了預(yù)期的目的。有了它，能有效地降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了崗位人數(shù)，對(duì)提高工作效率，實(shí)現(xiàn)裝備自動(dòng)化大有裨益。在上磚機(jī)的開發(fā)過程中，也得到了湘潭電校電氣化04班師生的技術(shù)上大力指導(dǎo)和無私幫助，在此謹(jǐn)表謝意！