基于可编程控制器的物料自动下料控制系统的设计.pdf

基于可编程控制器的物料 自动下料控制系统的设计 The de si gn of t he c on t r ol s ys t em f or m a t er i al au t om a t i c suppl y b ased on PL C 乔东凯 Ql A0 Do n g k a i 广东石油化工学院 机电工程学院，茂名 5 2 5 0 0 0 摘 要中石化某厂在炼油生产过程中需要定时定量下料，针对该生产过程采用手工作业的现象，提出 一 种新的控制方法 ，采用可编程控制器控制的方法对其实现自动加料 ，避免了误点加料的现 象，使系统工作的可靠性和稳定性大为提高，实践证明设计完全达到了预定的要求。 关键词；物料；可编程控制器；液位继电器；自动控制；下料 中圈分类号T P 2 7 1 ． 3 文献标识码 A 文章编号1 0 0 9 0 1 3 4 2 0 1 5 0 5 下 一 0 0 4 0 0 3 D o ； 1 0 ． 3 9 6 9 ／ J ． i s s n ． 1 0 0 9 - 0 1 3 4 ． 2 0 1 5 ． 0 5 下 ． 1 2 0 引言 中石化某炼油厂在炼油生产过程中需要定时定量下 料 ，需在某一容器里每隔4 个小时左右分别注入粉末状 C a t 催化剂5 5 g ～7 5 g ，三 乙基铝液体2 0 0 0 m l 2 1 0 0 m l ， 目前在生产过程 中采用手 工加料 的方 式，在 实际生产 中，一线操作工人有时会误点加料甚至是忘记加料 ，导 致生产的产品达不到技术要求 。目前国P l- 在此方面的 研究较少 】 ，文献【 l 】 设计了一种防爆型矿用双锚索 自 动下料机控制系统，该系统存在较大多余力及结构不变 性原理难以完全补偿 的问题；文献【 2 】 采用机械控制凸轮 解决车床 自动切断钢管材加工中的短屑问题 ，文献[ 3 】 利 用线性回归法求出了工件在滑道入口的速度系数，并给 出了工件初速与下料时间的关系式。上述方法都不能很 好地应用于石化高危行业 自动下料系统。 基于P L C 开发的 自动加料系统能够很简易的克服上 述缺点，能实现手动或 自动控制，用户只需要设定一下 加料 的时间间隔和加料量的大小即可达到控制要求 ，该 系统安装调试后 ，取得 了良好的效果，实践证明该方法 对物料 自动添加类的自动控制具有参考意义 。 1 系统工作原理 系统选用 电磁 阀YV1 的开通对容器注入粉末状Ca t 催化剂5 5 g ～7 5 g ，通过调试，确定 电磁阀Y V1 开通的时 间长短来控制下料量的大小；选用 电磁 阀Y V 2 IJ Y V 3 的 开通对容器注入三 乙基铝液体2 0 0 0 m1 2 1 0 0 ml ，电磁 阀YV2 开通后把三 乙基铝液体注入带液位继电器的漏斗 里面 ，当容器2 里的液体 到达设定值 时接通液位继位继 电器，电磁阀Y v 2 关闭，同时电磁 阀Y V 3 自动接通，漏 斗里面的液体流入到容器中，1 0 秒后 通过调试 ，漏斗 里面的液体 已经全部流入容器中，电磁阀Y V 3 自动关 闭，同时系统开始延时，4 4 , 时后重新开始新一轮的 自 动下料控制 。 系统工作示意图如图1 所示。 电磁 图1 系统工作示意图 K 2 系统控制原理 2 ． 1 系统硬件设计 因为该定 时定量 系统是在石化 高危环 境下作业 ， 工作环境复杂、恶劣，控制任务重要、要求严格。当前 在该环境下某些控制 系统仍采用传统 的继 电器． 接触器 控制，存在可靠性差 、故障率高、维护 困难 、维护费 用高、维护工作繁重等 问题 。针对继 电器一 接触器控制 系统的缺点 ，提 出了一种基于P L C 的 自动定时定量下料 系统的设计方案 ，综合考虑市场通用情况和性价 比等因 素，本系统选用 日本三菱公司 MI T S U B I S H型号为 F X3 u一1 6 MR--E S ． A的P L C，该机型是日本三菱电机 自 动化公司的顶级产品，正在逐步替代F X2 N系列和F XI N 等系 IJ P L C 产 品 】 。它完全可 以满足控制系统 的要求 ， 暂不需使用扩展单元。F X3 u一1 6 MR--E S ． A可提供输 入输 出点各8 个 ， P L C 控制系统 的I ／ O 分配如图2 所示 。 基于P LC的 自动下料控制系统具有 可靠性 高、故障率 收稿日期2 0 1 5 一 O 1 0 3 基金项目广东省石化装备故障诊断重点实验室资助项 目 2 0 3 5 0 2 作者简介乔东凯 1 9 7 4一 ，男，安徽安庆人，副教授，博士，主要从事机械制造及其自动化方面的研究。 [ 4 0 1 第3 7 卷第5 期2 0 1 5 0 5 下 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 低 、维护简单、检修费用低等优点 ，大大提高了石化企 业 的生产效率和经济效益嗍。 自动加料系统 的I ／ O分配如图2 所示 。 i童 体下辩 图 2 自动 加 料 系统 的I ／ O分 配 图2 中，S B 1 是粉末状催化剂的启停按钮 ，S B 2 系统停 止按钮 ，S B 3 是三乙基铝液体的启动按钮，Y 0 是控制电磁 阀w 1 ，Y 1 是控制电磁阀w 2 ，Y 3 是控制电磁阀w 3 。 2 ． 2 系统软件设计 根据系统要求 ，设计 了用P L C 控制的 自动加粉末状 催化剂控制 系统的梯形图如图3 所示。 图3 自动加粉末状 催化剂系统的控制梯形 图 自动加粉末状催化剂控制的工作原理 当按下启动 按钮S B1 时 ，X0 线 圈接通 ，M0 线 圈通 电，其 常开触点 同时接通 定时器T O 和Y0 线 圈，从而接通 电磁阀Yv1 ， 使粉末状催化剂 在漏斗里下放 ，通过 现场调试 ，测得 当下放 时间为3 ． 5 秒时刚好控制下料量 为设定量 ，误差 在3 ％之 内，完全满足生产需求 ，当T O 线圈延时时间已 到后 ，电磁 阀YV1 关闭，停止下料，同时又接通定时器 T1 ，延时2 4 分钟 1 4 4 0 0X0 ． 1 1 4 4 0 秒 后，计算器CO 计一个数 ，T l 常 闭触点断开又使得其线圈断 电，T 1 线 圈断电后其常闭触点又 自动接通，定时器T 1 又开始新一 轮计时，如此循环 ，当计数器到达设定值1 0 次以后，正 好计时2 4 0 分钟 系统设定的4 小时，此时C O 相应的触 点动作 ，定时器T O 线圈复位，计算器C O 也复位，同时Y 0 线圈通 电，电磁 阀Yv1 又一次接通，进行第二次下料操 作；当按下停止按钮S B 2 时，上述所有动作立即停止。 自动a n - 乙基铝液体的系统控制梯形图如图4 所示。 圈4 自动加三 乙基铝液体 的系统 控制梯形图 当按下三 乙基铝液体下料启动按钮S B 3 时，X 2 线圈 接通，M1 和Y1 线 圈通电，从而接通 电磁阀Y V 2 ，三乙 基铝液体流入漏斗中，当漏斗里 的液体到达设定值时， 接通液位继位 继电器K，其常 开解 点闭合 ，使线圈X 3 通 电，接通线圈M2 和T 2 T 2 的作用是等待Y V 3 打开， 液体注入容器 中，X 3 常开触 点又断开 ，一个加料周期 内不 能再接通 线圈M2 ，断开Y1 线 圈 ，关 闭电磁 阀 Y V 2 ，液体不再流入到漏斗中，Y1 线圈断电后，自动接 通定时器T 3 ，延时时间为2 4 分钟，当延时时间到达后， 计数器C1 计一个数 ，直至计满 1 0 个数 为止 原理 同图3 一 样，在此不再赘述。C 1 计数到达设定值后其常开触 点闭合再一次接通Y 1 线圈，电磁阀Y v 2 接通，三乙基铝 液体流入漏斗中，实现 了再一次的液体 自动下料，同时 复位了计数器C 1 ，为下一个周期计时准备就绪。当按下 停止按钮S B 2 时，上述所有动作立即停止 。 2 ． 3 系统工作时序图 自动加粉末状催化剂系统的时序 图如图5 所示。 s B1 r ] 几 3 ． 5 s 3 ． 5 S 3 ． 5 S Y v 厂 _ 1 厂 ] r - ] 图5 自动加粉末状催 化剂系统的时序图 当按下启动按钮S B l 时，粉末状催化剂下料 电磁阀 w 1 通电，下放时间为3 ． 5 秒，系统等待时间为4 ／ ．1 “ 时；当 按下停止按钮S B2 时，电磁 阀YVl 立即关闭，停止下料 。 自动加三 乙基铝液体的系统的时序 图如图6 所示 。 【 下转第6 3 页】 第3 7 卷第5 期2 0 1 5 0 5 下 [ a l l a № “ 煳 ∞ 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 结束语 本文提 出了采用网状 电极代替实体 电极进行加工的 方法 ，通过设计电极匀速进给、抬刀和摇动等实验 ，得 出了适用于 网状电极的稳定加工方法 ，即采用 电极抬刀 加摇动同时结合外部冲液的方法 。在此基础上，研究了 摇动半径与加工表面粗糙度的关系，即最佳摇动半径为 所使用网状 电极孔径的一半。之后进行 了大面积实验和 曲面 电极加工实验，结果表明，配合 以适 当的条件和工 艺 ，网状 电极能够用来进行大面积和 曲面加工。 本文实验 中网状 电极 电解加 工深度 普遍不大 ，基 本 为2 mm～ 3 mm，此深度对 于大部分实 际应 用场合 已 经足够 。因为在 电解加工 型面之 前 ，一般会进行粗加 工 ，只 留有 2 mm以内的加 工余量 ，所 以尽 管 本文提 出的网状 电极加工方法深 度不大 ，但仍然 能够满足 实 际应 用 。如需加工更大深度 ，可 以考 虑将 电极做成封 闭型，而非本实验采用 的开放式 电极，从 电极 内部进 行冲液 ，可 以进一步 改善冲 液的均 匀性，增加加工深 度，改善加工效果 。 参考文献 t 【 1 ] We s t l e y J A， At k i n s o n J ， Du f fi e l d A．Ge n e ti c a s p e c t s o f t o o l d e s i g n e l e c t r o c h e mi c a l ma c h i n i n g [ J ] ． J o u r n a l o f Ma t e r i a l s P r o c e s s i n g T e c h n o l o g y ， 2 0 0 4 ， 1 4 9 1 3 4 8 3 9 2 ． 【 2 】 钱 密， 徐 家文． 数控 展成 电解加 工的阴极 结构及流 畅研究 【 J ] ． 航 空精密制造技术，2 0 0 3 2 1 4 1 8 ． 【 3 】徐成， 王滓， 等． 基于抬刀和外部冲液的高温镍基合金电解加工 实验研 究【 J 1 ． 电加工与模具， 2 0 1 4 4 2 8 ． 3 2 ． 【 4 】 万 能， 杜 珂， 等 ． 叶 片类 复杂 型面 电解 加工 的等几何 数值分 析方 法研 究[ J ] 0 造业 自动化， 2 0 1 4 ， 1 0 ． 囊● 重‘ 矗I 蠡‘ 叠‘ 蠡‘ 蠡‘ {蠡‘ 盘I 岛I 岛● 盘‘ 重‘ {蠡I 岛● 岛‘ ． 蠢● {国● j童● 禹‘ 国‘ 蠢● 【 上接第4 1 页 】 当按下启动 按钮S B 3 时，三 乙基铝 液体下料 电磁 阀Yv2 通 电，当液位传感器K接通后电磁 阀Yv2 立 即断 电，电磁 阀YV3 通 电1 0 秒 ，系统等待时间为4 小时 ；当 按下停止 按钮S B2 时，电磁 阀YV2 t l YV3 立 即同时关 闭，停止下料。 S B2 S B 3 K r ] r] K 接通时 K 接 i 通 时 ／ 竺 Y v 3 广 ] 广 ] 图6 自动加三 乙基 铝液体 的系统的时序图 3 结束语 针对 中石 化某炼油厂在炼 油生产过程 中需要定时 定量下料 ，以前采用的是手工作业方式 ，自动化程度很 低 ，为了提高生产效率 ，对该设备的电气系统改造势在 必行 。针 对原系统 的不足之 处，本设计从 电气控制方 案、元器件选型及石化系统现场环境等诸多不利 因素综 合考虑 ，对 自动下料系统进行了电气化改造。 自项 目实 施 以后，使系统的控制电路大为简化，稳定性和可靠性 也 大大增 强，实操非常方便 】 ，2 0 1 4 年5 月中石化某炼 油厂应用此技术对 自动下料系统进行改造后 ，到 目前为 止该设备从未出现过故障 ，工作效率为 1 0 0 ％，系统工 作的稳定性、安全性和可靠性得到了保证 ，受到了行 业人员的一致好评。 参考文献 [ 1 】 蒋远 远， 方代 正， 王 成军， 等． 防爆型矿用 双锚索 自动下料机 控制 系统 的设计 【 J 】 ． 液压与气动， 2 0 1 4 ， 5 4 9 ． 5 1 ，5 6 ． [ 2 ] 何祥如 ． 凸轮断屑在钢管 自动 下料 中的应用f J 1 ． 计算机 工程与应 用， 2 0 0 9 ， 1 0 7 9 8 1 ． 【 3 】王亭山， 俞志刚， 朱宏辉． 拐弯斜滑道自动下料的试验研究f J 1 ． 武 汉交通科技大学学报， 1 9 9 5 ， 1 9 2 1 6 9 ． 1 7 3 ． 【4 】 邓 良才， 吴建军， 张深 ， 等． 复合材料 自动下料优化排样 方法[ J 】 ． 航 空制造技术， 2 0 1 3 ， 1 5 9 9 ． 1 0 2 ． [ 5 1 J i a n g X B， L t i X Q， L i u C C． L o we s t l e v e l l e f t a l i g n b e s t fi t al g o d t h m f o r t h e 2 D r e c t a n g u l a r s t r i p p a c k i n g p r o b l e m[ J ] ． J o u r n a l o f s o f t wa r e ，2 0 0 9 ，2 0 6 1 5 2 8 1 5 3 8 ． 【 6 】 王华． 炼 油企业生产过程 的信 息化 与智能化【 J 】 _ 计算机 与应用化 学， 2 0 1 3 ， 3 0 1 1 1 3 6 7 ． 1 3 7 0 ． 【 7 】付伟． P L C在材料 自动分拣系统 中的应用【 J ] 埔4 造业 自动 化， 2 0 1 2 ， 3 4 3 1 3 6 1 3 8 ． 【 8 】 于 吴 ． PLC在 材 料 自动 分 拣 系 统 中 的 应 用 【 J 】 ． 煤 炭 技 术， 2 0 1 1 , 3 0 1 2 3 1 3 2 ． 【 9 ]9 张宏 强， 贾存 良， 薛婷 ． 基于P L C的掘进机 电控系统 设计【 J 】 ． 工矿 自动化， 2 0 0 9 ， 1 1 1 0 6 1 0 8 ． 【 1 0 】乔东凯 ， 廖辉， 杨 向宇， 等． 基 于P L C和GOT对物料 自动分拣 系统 的 电气化设计 【 J 】 ．机床 与液压， 2 0 1 4 ，4 2 2 1 0 6 1 0 9 ． 第3 7 卷第5 期2 0 1 5 - 0 5 下 [ 6 3 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m