喷砂机控制系统设计
2023年06月16日 12:35:13
来源：中山市美辉自动化科技有限公司 >> 进入该公司展台
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在我国，油品储存、运输容器大多采用钢材制成，在经过长期的使用后，容器内壁会产生污垢和沉积物，也会产生铁锈，在钢桶再次投入使用前必须对钢桶进行清洗；随着工业水平的不断发展，机械设备已逐步地由手动操作改为自动控制，设备本身也发展成为机电一体化的综合体。实际应用上虽然存在一些钢桶翻新方法，例如化学除锈、人工清洗，但是那些方法不符合安全、绿色生产要求，或者加工效率低、加工效果参差不齐，所以需要一种自动化钢桶翻新设备。
01钢桶翻新喷砂工艺及喷砂机基本控制方法
这里讨论的钢桶翻新喷砂机，是一种对200L钢制钢桶进行翻新加工的机械装备，可以对钢桶进行喷砂除锈，是钢桶翻新自动化生产线的一个重要组成模块。喷砂除锈工艺在造船和修船过程中都有着重要的应用，除锈等级可控制在Sa2.5~Sa3之间，是通过砂丸混合射流磨蚀工件表面，使其表层产生塑性流动，细化表层金属组织结构，改善表层残余压缩应力[4]。喷砂时砂丸高速撞击工件，通过PLC对喷砂加工进行自动化控制，实现人机分离、安全操控。
程序设计上，将PLC程序模块化的编写方法，可以加快开发进度，提高项目的开发效率，并且有利于查找程序故障和调试程序[5]。因此，本文设计的喷砂机的控制系统的特点采取基于PLC的集中控制方法，利用上位机触控屏幕对喷砂机的电气控制系统和气、液压系统进行控制操作，完成钢桶翻新喷砂工艺的实现。本文在分析工艺过程的基础上将喷砂工艺过程分为七道工序，利用模块化程序设计结构，循环调用子程序方式实现自动控制功能，便于维护优化。
02喷砂机工作原理及系统组成
喷砂机的工作原理是对经过热处理的废旧钢桶桶壁进行喷砂打磨，去除桶壁表面的锈蚀以及废料残渣，实现钢桶传送、钢桶转动、输送及回收铁砂、喷砂打磨等动作。对废旧钢桶桶壁打磨主要依靠提砂机构、喷砂机构、喷砂室机构等三个机构来完成。提砂机构的功用是为喷砂机提供铁砂；喷砂机构功能是把铁砂高速喷出，对钢桶壁进行打磨；喷砂室机构的功能是让钢桶在喷砂时进行旋转，以确保钢桶内壁打磨均匀，同时还要实现废旧钢桶的接收和传送。三个机构间通过连接配合设计，保证整体结构紧凑而动作完整稳定。通过对喷砂工序流程顺序以及机构所实现动作进行分析，喷砂机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 | 名称 | 步序描述 |
| 步 | 上桶 | 翻桶架回位，钢桶进入喷砂室 |
| 第二步 | 关仓门 | 气缸1收缩，仓门关 |
| 第三步 | 喷砂室扬起 | 气缸2收缩，喷砂室扬起 |
| 第四步 | 喷砂打磨 | 提砂电机、转桶电机、
喷砂电机同时启动完成提砂、
提砂电机 |
| 第五步 | 喷砂室回位 | 气缸2伸出，喷砂室回位 |
| 第六步 | 开仓门 | 气缸1伸出，仓门打开 |
| 第七步 | 下桶 | 翻桶架翻桶，钢桶翻出喷砂室 |
03PLC控制程序设计
3.1 程序流程图
根据工序控制要求，七步工序循环运行，程序流程图如图1所示。检测程序作用是运行程序之前对系统进行故障检测，以保障系统运行的安全有效；排除系统故障后进行自动程序运行，或选择手动程序对各工序进行单独控制。为便于程序的调整，本文将程序结构分为三级：一级为主程序；二级为自动程序、手动程序和检测程序；三级为各工序单独控制程序，即上桶、关仓门、喷砂机扬起、喷砂打磨、喷砂室回位、开仓门和下桶。
3.2 系统I/O分配表及PLC接线图
通过对工序流程的分析，本文设计的喷砂机控制系统需要7个信号采集点、4个控制按钮作为PLC的输入点，因此分配系统输入输出点如表2所示。
表2 系统I/O分配表
| PLC输入点 | PLC输出点 |
| I0.0 | 急停SBS | Q0.0 | 电机启动YE1 |
| I0.1 | 启动SB1 | Q0.1 | 电机停止YE2 |
| I0.2 | 停止SB2 | Q0.2 | 仓门气缸缩回YA1 |
| I0.3 | 复位SB3 | Q0.3 | 仓门气缸伸出YA2 |
| I0.4 | 喷砂室仓门关闭检测SQ1 | Q0.4 | 扬起气缸伸出YA3 |
| I0.5 | 喷砂室扬起到位检测SQ2 | Q0.5 | 扬起气缸缩回YA4 |
| I0.6 | 喷砂室回位到位检测SQ3 | Q0.6 | 翻桶架气缸伸出YA5 |
| I0.7 | 喷砂室仓门打开检测SQ4 | Q0.7 | 翻桶架气缸缩回YA6 |
| I1.0 | 翻桶架到位检测SQ4 | | |
| I1.1 | 翻桶架回位检测SQ6 | | |
| I1.2 | 喷砂室有桶检测SQ7 | | |
喷砂机系统与PLC的I/O接线图如图2所示。
3.3 PLC控制程序
设备自动运行是设计控制系统的目的之一。当检测到喷砂室有桶信号后，仓门气缸关闭、喷砂室扬起，启动电机对钢桶进行喷砂打磨，打磨完成后开仓出桶。如图3所示为部分自动喷砂程序。
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