近年来,在玻璃全电熔技术中,人工加料方式逐渐被自动加料系统取代。自动加料系统具有操作简单、加料均匀、自动化程度高等优点,因此,一些有实力采用全电熔的玻璃生产厂家已经开始使用自动加料设备。我公司自主研发了一整套专供方形电熔炉的自动加料设备,这套自动加料机采用的是PLC程序控制系统。
1 工艺要求

自动加料机的机械系统共设计了3台电机,分别实现横向运动、翻转运动和纵向运动。横向运动实现向炉内加料,翻转运动实现倒料,纵向运动实现工位的移动。此系统共设了10个工位,其运行的全过程是:在初始点,系统首先检测料仓内料的多少,同时检测炉内料液面的高低,当料仓内料够而料液面低时,加料机开始启动,横向运动开始,同时加料电机开始振料,电机至横向运动终点,翻转电机开始翻转(1周),回原位后,横向回退电机回退至原位,检测炉内料液面的高低,若高,则系统回归至原点,若低,纵向电机向前移动1个工位,再循环一次横向向炉内送料的运动,也就是说,纵向电机每向前移动1个工位,都要重复一次向炉中送料的运动,直至重复完最后一个工位的送料运动后,纵向电机直接回到起始位置,检测料仓内料够否,检测料液面的高低,然后再重复下一个加料周期。根据加料系统的工艺要求,绘制工艺流程见图1。

2 I/O端口的确定

2.1 I/O端口的分配

整个运动过程可分解为两个方向的运动:横向运动和纵向运动,横向运动中包括翻转运动。在纵向运动过程中,每到达一个工位,就要重复一次横向运动,直至最后一个工位,横向回退至原点后,一次加料的过程就结束了。更详细的情况请参考输入、输出点分配表(表1)和运动过程示意图(图2)。

2.2 控制过程

2.2.1 横向运动。横向给进电机Y0自原点即左限X0出发,与此同时加料机开始给料斗加料,至右限X1处停止,此时加料机也停止给料斗加料,停顿3s,翻转电机Y2开始翻转,自上限X2翻转180b至下限X3处,停顿3s后,按原方向再翻转180b回归原位即上限X2处,翻转动作结束,横向电机自右限即X1点回退至左限X0点,此时一个环节的横向运动结束。

2.2.2 纵向运动。纵向运动共设计了10个工位,纵向运动的过程是:横向运动结束后,纵横向进给电机一个信号,纵向运动开始自上限X10处向下一个工位运动,即X11处,当到达X11点后,纵向运动暂停,开始一个横向运动的循环,横向运动过程如上所述。当横向运动的一个循环结束后,纵向进给至第3个工位,即X12处,再重复纵向运动,再纵向进给,直至第10个工位X23处,当再一次的横向循环结束后,纵向回退至上限X10处。此时,一个纵向循环就结束了。

2.2.3 炉内料液面检测系统。启动加料系统最基本的一个条件就是炉内料液面降低了。为了把炉内料液面的高低和加料系统联系起来,我们在炉内的上升道处加装了一个液面检测仪,把液面检测仪输出的电信号送到PLC中。当系统在每个工位[包括初始位置0(X0,X10)]时,液面检测仪把它检测到的4~20mA模拟信号送入PLC主机A2Ñ+、A2Ñ-点,PLC经过判断后,指令系统的运动状态。

2.2.4 自动称量系统。程序中设计自动称量环节。自动称量系统由料仓、振料机、测重传感器、信号放大器等组成,信号放大器输出一个0~20mA模拟信号给PLC主机A1Ñ+、A1Ñ-,并通过程序编写实现自动称量功能。

(1)料仓料位检测:当系统在起始点0即(X0,X10)点时,程序都要检测料仓内料的多少,当仓内料位正常而炉内料液面偏低时,系统开始或继续运行,当仓内料位低于下限时,系统报警且在此点等待加料,当工作人员及时给料仓加满料后,系统开始运行,周而复始。

(2)下料检测:料仓下口装有振料机,当横向给进电机Y0自原点即左限X0出发,与此同时振料机开始振料,具体要下多少料,程序内有设定,程序通过称量和计算来决定振料机何时停止振料,下料检测环节就完成了。

3 程序结构及功能

3.1 程序结构及软件支持

以纵向运动为主,横向运动为辅,即以纵向运动来编制主程序,而把横向运动编制成为子程序,当纵向运动每到达一个工位,呼叫一次横向运动子程序。

考虑到实际应用中系统的可靠性和维护的便利性以及成本的要求,控制部分采用台达DVP-ES/EX/SS系列的PLC构建控制平台。根据此系统的输入输出点的多少,选择DVP20EX00R2主机(8点数字输入,6点数字输出,4点模拟输入,2点模拟输出)1台,DVP24XO11R扩展模块(16点数字输入,8点数字输出)1台。编程软件采用北京理不凡科技有限公司提供的DVP-PLC视窗版程序编程软件5WPLSOFT-2.086。

3.2 功能和保护

该自动加料机控制系统具有以下功能:

(1)可实现手动、自动操作功能。

(2)原点复归功能。

(3)停电保持功能。

(4)亏料报警功能。

(5)炉内料液面检测功能。

为保证控制系统自动正常工作,系统还配备了如下保护装置:

(1)外围行程开关,防止边界接近开关损坏时设备越位。

(2)料铲限位行程开关,防止自动振料机振料时会超时,导致部分配合料被加到料铲的外面。

(3)料仓料位报警,防止料仓亏料时无人知道。

(4)电机速度的改变可通过变频器来实现,每个电机各配一个变频器。

(5)料仓料位通过测重传感器来检测。

综上所述,要实现加料机的自动控制要求,单靠PLC程序控制是不够的,还需要一些必要的外围电路做辅助来共同完成,因此,在一定程度上,优化设计或做一些合理的调整是必要的。

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