胡 清，沈 兵，高申德，汪萌生

（1.海軍工程大學(xué) 電氣工程學(xué)院，武漢 湖北430000；2.湖州師范學(xué)院 工學(xué)院，浙江 湖州313000）

0 引 言

混砂機(jī)是將液態(tài)固化劑和液態(tài)樹(shù)脂與原砂連續(xù)混制造型或制芯用的樹(shù)脂自硬砂的一種設(shè)備.它在鑄造行業(yè)應(yīng)用非常廣泛，可與振實(shí)臺(tái)、翻轉(zhuǎn)機(jī)、輥道等輔助設(shè)備組成造型或制芯機(jī)械化流水線.

混砂機(jī)的工作性能對(duì)鑄造工件的質(zhì)量有決定性的影響.傳統(tǒng)繼電器控制只能分多步手動(dòng)操作，設(shè)備故障不斷，加上鑄造車間普遍存在工作環(huán)境惡劣、設(shè)備故障多、自動(dòng)化程度低的問(wèn)題，影響工作效率和工件質(zhì)量［1］.

可編程控制器的應(yīng)用可以提高設(shè)備自動(dòng)化程度，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善工作環(huán)境.80年代末，我國(guó)引進(jìn)了美國(guó)WAF公司的10T混砂機(jī)，它具有混砂均勻、高性能、高效率等優(yōu)點(diǎn)，在生產(chǎn)中發(fā)揮著巨大的作用［2］.但是由于鑄造環(huán)境非常惡劣，經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)行之后，部分電器元件老化、損壞，尤其是控制系統(tǒng)的核心可編程控制器，由于使用時(shí)間太長(zhǎng)經(jīng)常發(fā)生故障，導(dǎo)致整個(gè)設(shè)備不能正常工作，無(wú)法滿足生產(chǎn)需求.為此，本文使用的歐姆龍可編程控制器，對(duì)設(shè)備的控制系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，提高了生產(chǎn)效率，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益.

1 混砂機(jī)結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)原理

混砂機(jī)主要由高速混砂攪籠、底座、液料輸送系統(tǒng)、壓縮空氣管路系統(tǒng)、電器控制系統(tǒng)及定量加料系統(tǒng)等主要部分組成［3］.它的特點(diǎn)是由一級(jí)可自由回轉(zhuǎn)的攪籠組成，通過(guò)除砂斗和各級(jí)傳送機(jī)構(gòu)將再生砂輸送至混砂攪籠，同時(shí)加入樹(shù)脂和固化劑液料進(jìn)行攪混，高速混砂，最終輸出合格的自硬砂［4］.

機(jī)器結(jié)構(gòu)形式是固定式，一級(jí)回轉(zhuǎn)式見(jiàn)圖1.

2 控制系統(tǒng)的改進(jìn)設(shè)計(jì)方案

2.1 選型匹配

原混砂機(jī)控制系統(tǒng)選用的是美國(guó)AB系列SLC150型可編程序邏輯控制器，該型號(hào)PLC產(chǎn)品產(chǎn)于80年代，現(xiàn)已淘汰.于是決定選用目前市場(chǎng)上的歐姆龍或西門子系列產(chǎn)品，經(jīng)過(guò)比較最終采用性價(jià)比較高的歐姆龍CPM2AE型PLC.

深入研究美國(guó)原廠的全部圖紙資料，對(duì)原PLC程序梯形圖進(jìn)行分析，充分理解各種控制邏輯關(guān)系，在此基礎(chǔ)上編制出與原AB系列PLC對(duì)映的CPM2AE的I/O接口地址表，以確保不損失混砂機(jī)原有的功能，見(jiàn)表1.

表1 PLC輸入輸出端口分配表Table 1 The PLC allocation table of input and output ports

2.2 優(yōu) 化

（1）雖然CPM2AE自帶DC24V電源，可以直接用來(lái)接入輸入部分，如2B區(qū)所示.但考慮到鑄造環(huán)境的惡劣，接入輸入端的＋24V和000號(hào)兩根導(dǎo)線（見(jiàn)圖2A區(qū)）如果發(fā)生絕緣低或外皮破損導(dǎo)致兩線搭接等現(xiàn)象，PLC會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，導(dǎo)致控制系統(tǒng)無(wú)法工作.為避免這一現(xiàn)象的發(fā)生，設(shè)備改造時(shí)采用了如圖3A區(qū)的方法，PLC輸入端的公共端直接與開(kāi)關(guān)量的另一端相連.

（2）因?yàn)檩敵龆丝谟脕?lái)控制電磁閥，為避免因通斷電磁閥時(shí)可能產(chǎn)生的大電流對(duì)PLC輸出點(diǎn)造成損壞，需要增加小型中間繼電器，再通過(guò)小型中間繼電器去控制電磁閥的通斷，此方法可有效地保護(hù)PLC的輸出點(diǎn).如圖3B區(qū)所示.

（3）輸出若用交流電源，繼電器線圈需要并聯(lián)浪涌吸收器；若用直流電源，就需要用續(xù)流二極管，這對(duì)保護(hù)PLC的輸出點(diǎn)很有好處.這次改造項(xiàng)目中使用的是交流220V，所以采用了繼電器線圈并聯(lián)浪涌吸收器的方式，見(jiàn)圖3B區(qū)所示.

（4）在有些控制回路設(shè)計(jì)中，表面看起來(lái)似乎很合理，實(shí)際上并不可靠.如將點(diǎn)動(dòng)按鈕、急停按鈕、過(guò)載保護(hù)觸點(diǎn)、互鎖觸點(diǎn)等作為PLC的輸入信號(hào)，但由于PLC是成批輸入、輸出的工作方式，當(dāng)上述按鈕或觸點(diǎn)動(dòng)作時(shí)，很有可能因反應(yīng)不及時(shí)造成事故.正確的方法是將點(diǎn)動(dòng)按鈕、急停按鈕直接控制執(zhí)行元件.將保護(hù)性的觸點(diǎn)接在PLC輸出回路與相應(yīng)的執(zhí)行元件串聯(lián).

2.3 編 程

原來(lái)的控制程序相對(duì)比較復(fù)雜，不便于掌握，甚至出現(xiàn)當(dāng)部分功能失常時(shí)，就繞過(guò)PLC直接改用繼電器法接線實(shí)現(xiàn)控制的現(xiàn)象.在采用新PLC進(jìn)行技術(shù)改造時(shí)，在原有梯形圖上進(jìn)行升級(jí)，調(diào)整、簡(jiǎn)化控制程序［5］.當(dāng)PLC的所有輸入輸出配線完畢時(shí)，恢復(fù)了設(shè)備缺失很久的功能；運(yùn)行條件安全開(kāi)關(guān)閉合、送料筒內(nèi)的砂料處于非低位時(shí)，螺旋推進(jìn)器啟動(dòng)，啟動(dòng)混砂攪籠，延時(shí)（時(shí)間可調(diào)）打開(kāi)下砂閘門，固化劑液料閥打開(kāi)供料，延時(shí)樹(shù)脂液態(tài)料進(jìn)行供給，混砂開(kāi)始.按停機(jī)按鈕，下砂閘門立刻關(guān)閉，送砂攪籠停機(jī)延時(shí)的時(shí)間可調(diào)，樹(shù)脂、固化劑供料停止，混砂結(jié)束.

充分利用PLC內(nèi)部時(shí)間繼電器的高精度確保原料定量的精確及混砂過(guò)程中最少的頭尾砂損失，使混砂機(jī)恢復(fù)了混砂均勻、高性能、高效率等優(yōu)點(diǎn).圖4為改造后的PLC梯形圖.

3 總 結(jié)

系統(tǒng)改造完成經(jīng)過(guò)試運(yùn)行后，效果非常明顯，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，混砂速度均勻，有效地保證了型砂、芯砂的質(zhì)量，提高了鑄件產(chǎn)品的質(zhì)量.另一方面，改造后的設(shè)備再次投入運(yùn)行后，創(chuàng)造了4年無(wú)一故障的良好佳績(jī)，并有如下體會(huì)：

（1）在有PLC設(shè)備的改造中，若原有的PLC系列已淘汰或市場(chǎng)上不易購(gòu)買，就必須選擇一款其他系列來(lái)替代，替代時(shí)需要注意輸入輸出電源電壓以及I/O數(shù)量相近即可.在這次改造中，若選用一款輸入20點(diǎn)、輸出10點(diǎn)的PLC，在成本上會(huì)有更大的降低.

（2）不同品牌的PLC，它們的編程指令、編程軟件都不相同，但編程原理和方法都一致，而且編程語(yǔ)言都是梯形圖，所以只要稍加學(xué)習(xí)即可編出滿意的程序.

（3）由于PLC的使用環(huán)境惡劣，外圍抗干擾措施不利而使PLC控制系統(tǒng)的可靠性降低；一個(gè)完善的程序應(yīng)當(dāng)具備功能的完備性和運(yùn)行的可靠性.因此，合理編制PLC的應(yīng)用程序是提高控制系統(tǒng)可靠性的有力措施.

［1］陳堅(jiān).羅克韋爾小型PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用實(shí)例［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2010（3）：14－16.

［2］王建.歐姆龍PLC入門與典型應(yīng)用［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2012（6）：21－23.

［3］霍罡.歐姆龍PLC應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例精解［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2010.

［4］李朝陽(yáng).一種新型混砂機(jī)［J］.新技術(shù)新工藝，2002（11）：33.

［5］杜水根.PLC在混砂線上的應(yīng)用［J］.鑄造設(shè)備研究，1998（1）：9.