廢舊鋼桶翻新噴砂機控制系統設計
文/解俊強
摘要：針對廢舊鋼桶人工翻新方法存在浪費資源、污染環境等缺點，基于PLC技術設計了廢舊鋼桶翻新生產線中噴砂機的控制系統，闡述了鋼桶翻新噴砂機的結構組成及噴砂翻新的工藝流程，給出了PLC控制程序。
關鍵詞：鋼桶翻新；噴砂機；控制系統；PLC
0 引言
在我國，油品儲存、運輸容器大多采用鋼材制成，在經過長期的使用后，容器內壁會產生污垢和沉積物，也會產生鐵銹，在鋼桶再次投入使用前必須對鋼桶進行清洗；隨著工業水平的不斷發展，機械設備已逐步地由手動操作改為自動控制，設備本身也發展成為機電一體化的綜合體。實際應用上雖然存在一些鋼桶翻新方法，例如化學除銹、人工清洗，但是那些方法不符合安全、綠色生產要求，或者加工效率低、加工效果參差不齊，所以需要一種自動化鋼桶翻新設備。
1 鋼桶翻新噴砂工藝及噴砂機基本控制方法
這里討論的鋼桶翻新噴砂機，是一種對200L鋼制鋼桶進行翻新加工的機械裝備，可以對鋼桶進行噴砂除銹，是鋼桶翻新自動化生產線的一個重要組成模塊。噴砂除銹工藝在造船和修船過程中都有著重要的應用，除銹等級可控制在Sa2.5~Sa3之間，是通過砂丸混合射流磨蝕工件表面，使其表層產生塑性流動，細化表層金屬組織結構，改善表層殘余壓縮應力[4]。噴砂時砂丸高速撞擊工件，通過PLC對噴砂加工進行自動化控制，實現人機分離、安全操控。
程序設計上，將PLC程序模塊化的編寫方法，可以加快開發進度，提高項目的開發效率，并且有利于查找程序故障和調試程序[5]。因此，本文設計的噴砂機的控制系統的特點采取基于PLC的集中控制方法，利用上位機觸控屏幕對噴砂機的電氣控制系統和氣、液壓系統進行控制操作，完成鋼桶翻新噴砂工藝的實現。本文在分析工藝過程的基礎上將噴砂工藝過程分為七道工序，利用模塊化程序設計結構，循環調用子程序方式實現自動控制功能，便于維護優化。
2 噴砂機工作原理及系統組成
噴砂機的工作原理是對經過熱處理的廢舊鋼桶桶壁進行噴砂打磨，去除桶壁表面的銹蝕以及廢料殘渣，實現鋼桶傳送、鋼桶轉動、輸送及回收鐵砂、噴砂打磨等動作。對廢舊鋼桶桶壁打磨主要依靠提砂機構、噴砂機構、噴砂室機構等三個機構來完成。提砂機構的功用是為噴砂機提供鐵砂；噴砂機構功能是把鐵砂高速噴出，對鋼桶壁進行打磨；噴砂室機構的功能是讓鋼桶在噴砂時進行旋轉，以確保鋼桶內壁打磨均勻，同時還要實現廢舊鋼桶的接收和傳送。三個機構間通過連接配合設計，保證整體結構緊湊而動作完整穩定。通過對噴砂工序流程順序以及機構所實現動作進行分析，噴砂機要依次完成七步工序，步序流程如表1。
表1 步序流程表
| 步序 |
名稱 |
步序描述 |
第一步 |
上桶 |
翻桶架回位，鋼桶進入噴砂室 |
第二步 |
關倉門 |
氣缸1收縮，倉門關 |
第三步 |
噴砂室揚起 |
氣缸2收縮，噴砂室揚起 |
第四步 |
噴砂打磨 |
提砂電機、轉桶電機、噴砂電機同時啟動完成提砂、
提砂電機 |
第五步 |
噴砂室回位 |
氣缸2伸出，噴砂室回位 |
第六步 |
開倉門 |
氣缸1伸出，倉門打開 |
第七步 |
下桶 |
翻桶架翻桶，鋼桶翻出噴砂室 |
3 PLC控制程序設計
3.1 程序流程圖
根據工序控制要求，七步工序循環運行，程序流程圖如圖1所示。檢測程序作用是運行程序之前對系統進行故障檢測，以保障系統運行的安全有效；排除系統故障后進行自動程序運行，或選擇手動程序對各工序進行單獨控制。為便于程序的調整，本文將程序結構分為三級：一級為主程序；二級為自動程序、手動程序和檢測程序；三級為各工序單獨控制程序，即上桶、關倉門、噴砂機揚起、噴砂打磨、噴砂室回位、開倉門和下桶。
圖1 程序流程圖
3.2 系統I/O分配表及PLC接線圖
通過對工序流程的分析，本文設計的噴砂機控制系統需要7個信號采集點、4個控制按鈕作為PLC的輸入點，因此分配系統輸入輸出點如表2所示。
表2 系統I/O分配表
| PLC輸入點 |
PLC輸出點 |
I0.0 |
急停SBS |
Q0.0 |
電機啟動YE1 |
I0.1 |
啟動SB1 |
Q0.1 |
電機停止YE2 |
I0.2 |
停止SB2 |
Q0.2 |
倉門氣缸縮回YA1 |
I0.3 |
復位SB3 |
Q0.3 |
倉門氣缸伸出YA2 |
I0.4 |
噴砂室倉門關閉檢測SQ1 |
Q0.4 |
揚起氣缸伸出YA3 |
I0.5 |
噴砂室揚起到位檢測SQ2 |
Q0.5 |
揚起氣缸縮回YA4 |
I0.6 |
噴砂室回位到位檢測SQ3 |
Q0.6 |
翻桶架氣缸伸出YA5 |
I0.7 |
噴砂室倉門打開檢測SQ4 |
Q0.7 |
翻桶架氣缸縮回YA6 |
I1.0 |
翻桶架到位檢測SQ4 |
|
|
I1.1 |
翻桶架回位檢測SQ6 |
|
|
I1.2 |
噴砂室有桶檢測SQ7 |
|
|
噴砂機系統與PLC的I/O接線圖如圖2所示。
圖2 噴砂機系統與PLC的I/O接線圖
3.3 PLC控制程序
設備自動運行是設計控制系統的目的之一。當檢測到噴砂室有桶信號后，倉門氣缸關閉、噴砂室揚起，啟動電機對鋼桶進行噴砂打磨，打磨完成后開倉出桶。如圖3所示為部分自動噴砂程序。
圖3 部分自動噴砂程序
4 結束語
本文針對廢舊鋼桶翻新自動化生產線中的噴砂機進行了機構動作分析與工作流程分析，設計了系統的I/O分配點位及程序流程圖，編寫了PLC控制程序。現場調試試驗證明了該控制系統的有效性。
