新型工業(yè)灰渣混凝土空心墻板自動化生產(chǎn)線研制

周正華　顧明

摘 要：以分布式I/O，可編程控制器PLC、工業(yè)控制計算機(jī)、多路自動測溫器為基礎(chǔ)，通過Profibus-DP現(xiàn)場總線及無線數(shù)傳通訊模塊構(gòu)成自動控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對工業(yè)灰渣混凝土空心墻板生產(chǎn)線的自動化控制。文章介紹了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、主要控制過程及實(shí)現(xiàn)方法，本系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)清晰、布局合理簡單、擴(kuò)展性好、工作穩(wěn)定、維護(hù)方便，集成化、智能化、自動化程度高的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：分布式I/O；PLC；fibus-DP；工業(yè)灰渣墻板；自動化生產(chǎn)線

中圖分類號：TH122 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）25-0040-02

前言

隨著我國城市化建設(shè)的快速發(fā)展及建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)保型社會、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)基本國策的提出，作為資源消耗大戶的建筑業(yè)，對新型墻材的需求越來越大，利用粉煤灰、爐渣、水渣、非金屬尾礦等工業(yè)廢料及普通硅酸鹽水泥為原料生產(chǎn)的新型墻板，主要用于建筑物室內(nèi)非承重隔墻，是一種集輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐火、隔音、隔熱于一體的多功能環(huán)保型墻材。工業(yè)灰渣墻板自動化生產(chǎn)線克服了傳統(tǒng)手工、半機(jī)械生產(chǎn)中產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定、規(guī)模小、產(chǎn)能低、勞動強(qiáng)度大的缺點(diǎn)，具有自動化程度高、產(chǎn)能大、工作穩(wěn)定、操作簡單、人機(jī)交互性能好的顯著特點(diǎn)。

1 工業(yè)灰渣墻板生產(chǎn)線自動控制結(jié)構(gòu)及原理

生產(chǎn)線主要由工業(yè)計算機(jī)自動配料及攪拌系統(tǒng)、變頻振搗擠壓成型系統(tǒng)、成品碼垛系統(tǒng)、墻模分離系統(tǒng)、軌道式自動運(yùn)輸養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)組成。

工業(yè)計算機(jī)自動配料及攪拌系統(tǒng)由五斗增量電子皮帶秤、水泥電子秤、粉煤灰電子秤、水秤、固料濕度傳感器及水灰比工業(yè)控制計算機(jī)、行星式攪拌機(jī)、皮帶輸送機(jī)組成。擠壓主機(jī)系統(tǒng)由七組可調(diào)速變頻控制擠壓螺旋、三組振動電機(jī)、自動儲料、輸送料機(jī)構(gòu)、上模存模分吊裝置、可調(diào)速連續(xù)供模機(jī)構(gòu)、同步切割裝置、二次切割裝置等組成。成品碼垛系統(tǒng)由成品分吊裝置、廢板翻轉(zhuǎn)及廢料回送裝置、成品垛輸出機(jī)構(gòu)組成。墻模分離系統(tǒng)由墻模垛輸入裝置、墻模分吊裝置、AB板擺渡車、模板清洗機(jī)構(gòu)、墻垛翻轉(zhuǎn)裝置、墻包輸出及轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)構(gòu)組成。軌道式自動運(yùn)輸養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)由無線數(shù)傳通訊模塊、PLC控制軌道運(yùn)輸車、多通道集成養(yǎng)護(hù)室、室內(nèi)及環(huán)境溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)組成。

2 自動控制過程

根據(jù)工業(yè)灰渣墻板生產(chǎn)工藝特點(diǎn)，生產(chǎn)線采用獨(dú)立的自動配料及攪拌系統(tǒng)，主系統(tǒng)采用一臺西門子S7-300（CPU 315-2DP）PLC作為控制主機(jī)，以三個圖爾克BL20網(wǎng)關(guān)、多個16路開關(guān)量輸入模塊及16路、8路開關(guān)量輸出模塊為工作站，通過Profibus-DP現(xiàn)場總線組成分布式IO控制，以威綸MT6070iH觸摸屏、三個分控操作箱、一臺S7-200軌道車控制器、一套多回路溫濕度檢測系統(tǒng)、一個總控操作臺組成人機(jī)交互及控制系統(tǒng)。

2.1 自動配料及攪拌系統(tǒng)

為了達(dá)到小水灰比及精確濕度控制目的，該系統(tǒng)使用德國高精度線性微波濕度傳感器及BT-600配水計算機(jī)，并采用立軸行星式混凝土攪拌機(jī)。該系統(tǒng)可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用中的不同原料級配及水灰比，由控水計算機(jī)生成特定的配方設(shè)計方案和“調(diào)諧曲線”，使攪拌機(jī)按其攪拌周期自動運(yùn)行。

2.2 分布式I/O控制系統(tǒng)

PLC主機(jī)及觸摸屏位于生產(chǎn)線中部的主控操作臺。I/O工作站（網(wǎng)關(guān)）、開關(guān)量輸入單元、開關(guān)量輸出單元、光隔離驅(qū)動單元、強(qiáng)電控制單元等組成墻模分離控制柜、擠壓主機(jī)控制柜、成品碼垛控制柜。系統(tǒng)通過Profibus-DP協(xié)議實(shí)現(xiàn)主站與分布式I/O和現(xiàn)場設(shè)備的高速數(shù)據(jù)通信，各子系統(tǒng)的現(xiàn)場傳感設(shè)備，如電磁感應(yīng)式接近開關(guān)、光電檢測開關(guān)、限位開關(guān)、子系統(tǒng)操作箱按鈕及轉(zhuǎn)換開關(guān)等的狀態(tài)通過各自IO工作站中的數(shù)字輸入端口及DP網(wǎng)關(guān)被PLC循環(huán)檢測并處理，據(jù)此，PLC可以確定生產(chǎn)線子系統(tǒng)工作模式、各裝置工作狀態(tài)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)行情況。PLC控制程序再通過Profibus網(wǎng)絡(luò)對子站發(fā)出命令，設(shè)置各輸出端口的開關(guān)量狀態(tài)。分布在子站中的輸出端口通過光隔離驅(qū)動單元控制交流接觸器的通斷、電磁閥的開關(guān)、指示燈及報警裝置的亮滅、變頻器的正反轉(zhuǎn)及輸出頻率轉(zhuǎn)換，從而控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的電機(jī)啟停、氣缸伸縮、運(yùn)行速度的高低轉(zhuǎn)換及系統(tǒng)狀態(tài)指示，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的自動控制。HMI觸摸屏通過S7-300的MPI接口顯示各子系統(tǒng)輸入輸出開關(guān)量狀態(tài)、同步模擬顯示系統(tǒng)執(zhí)行過程、計算出板速度、累計成品數(shù)量、日產(chǎn)量、總產(chǎn)量，AGV通訊。同時，通過HMI及分設(shè)于各處的操作箱臺，可實(shí)現(xiàn)手動、自動轉(zhuǎn)換及運(yùn)行過程中的人機(jī)交互控制處理。

2.3 PLC結(jié)構(gòu)化編程方法

PLC編程采用模塊化、結(jié)構(gòu)化設(shè)計方法，分塊設(shè)置子系統(tǒng)過程控制變量、手動及自動控制變量，分設(shè)輸出功能塊、各子系統(tǒng)公用功能塊、手動控制功能塊、分項(xiàng)自動控制功能塊。

由于存模上模分吊裝置中需要處理的模板規(guī)格較多及控制過程相對復(fù)雜，采用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法可使編程簡單、結(jié)構(gòu)清晰、維護(hù)方便。為此，將存模上模分吊裝置動作分為“分吊平車移動功能塊”及“吊車取模放模功能塊”，平車移動背景數(shù)據(jù)塊中輸入變量為：當(dāng)前及目標(biāo)位置號、運(yùn)行方向、高速延時時間、到位傳感器變量；輸入輸出變量為：任務(wù)開始及任務(wù)完成狀態(tài)。靜態(tài)變量有：變頻器正、反轉(zhuǎn)、高、中、低速變量、過程步控制標(biāo)志等。吊車取模放模背景數(shù)據(jù)塊中有高延時時間、上下行到位變量、磁鐵吸合釋放狀態(tài)、任務(wù)類型（取模、放模）、啟動速度（高速、中速），任務(wù)開始及任務(wù)完成狀態(tài)等輸入和輸入輸出變量。靜態(tài)變量有變頻器正、反轉(zhuǎn)、高、中、低速變量、過程步控制標(biāo)志等。根據(jù)系統(tǒng)中存模上模垛號選擇開關(guān)、墻模分離段及主機(jī)段工作狀態(tài)、清洗線模板到位及主線模板檢測情況可實(shí)現(xiàn)智能化的自動存模上模操作。

2.4 無線數(shù)傳軌道運(yùn)輸及多通道溫濕度監(jiān)控養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)

由HMI端及末端無線數(shù)傳模塊、無線數(shù)傳軌道式運(yùn)輸車、自行研發(fā)的輕型工字軌道自動運(yùn)輸車（AGV）、無線手動遙控器、點(diǎn)位傳感器等組成墻垛運(yùn)輸AGV。通過操作臺HMI可設(shè)定（1）送成品垛進(jìn)養(yǎng)護(hù)室過程；（2）從養(yǎng)護(hù)室取垛脫模過程。endprint

AGV送垛流程：生產(chǎn)線成品垛輸出段檢測到有垛且軌道車在初始接垛位時，HMI作為上位機(jī)向軌道車發(fā)送命令，軌道車獲取目的養(yǎng)護(hù)室號碼并計算位置，之后軌道車啟動、取垛、縱向行走，上橫向擺渡車、定位、制動、橫向行走、計算位置、主車離開、縱向進(jìn)入養(yǎng)護(hù)室、檢測前垛位置、下降放垛，空車返回初送垛始位置，有垛則繼續(xù)送垛，通道滿時提示換通道。

AGV取待脫模垛流程：養(yǎng)護(hù)期滿脫模時，由HMI發(fā)送從哪個通道脫模的指令。軌道車運(yùn)行至指令養(yǎng)護(hù)室，自動檢測定位到待脫模垛位、起垛、定位及行走至生產(chǎn)線脫模鏈帶位置、放垛，如果鏈帶未滿則繼續(xù)取垛，通道空時提示換通道，鏈帶滿時則暫停并等待。

AGV軌道車裝有手動遙控器系統(tǒng)，可以控制軌道車前后左右行走及停止。軌道車為電瓶直流驅(qū)動，體積小，適合于生產(chǎn)線工況，載重達(dá)2500Kg。

養(yǎng)護(hù)室為高濕環(huán)境，水化反應(yīng)強(qiáng)烈，室溫控制要適度，通過多通道溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)時監(jiān)測養(yǎng)護(hù)室及外部環(huán)境溫度，并依此升降溫和充補(bǔ)水汽。

3 結(jié)束語

通過PLC、分布式IO及控制計算機(jī)、AGV軌道運(yùn)輸系統(tǒng)、溫濕度實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)研制了一種固定擠壓成型自動化生產(chǎn)線成套設(shè)備，并通過省級新產(chǎn)品鑒定。產(chǎn)品所用原料為工業(yè)爐渣或尾礦、粉煤灰、建筑固體垃圾等、膠凝材料為普通硅酸鹽水泥，以一定的比例混合加水?dāng)嚢璩筛尚栽?，采用自動配料攪拌、自動供料、可調(diào)速螺旋擠壓及振搗成型、自動供模、同步喂模、同步切割、二次切割、廢板回料、自動碼垛、自動墻模分離、打包、自動模板清洗、自動模板堆碼、托架自動輸送、模板墻板轉(zhuǎn)運(yùn)、自動養(yǎng)護(hù)等多項(xiàng)子系統(tǒng)及技術(shù)，形成一套完整的工業(yè)灰渣混凝土空心隔墻條板自動化生產(chǎn)線，達(dá)到自動化、規(guī)?；⒐S化生產(chǎn)目的，可節(jié)約生產(chǎn)場地，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品品質(zhì)。

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