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摘要 老式的金屬打包機(jī)的電氣控制部分大多數(shù)仍采用繼電器控制 這種控制方法采用 眾多的電器元件 邏輯布線復(fù)雜 接點多 故障率高 設(shè)備運行可靠性差 采用 PLC 控制能有效的解決這些問題 因此設(shè)計一種全新的基于 PLC 的液壓金屬打包機(jī)的控制 系統(tǒng) 該系統(tǒng)工作性能穩(wěn)定 提高了生產(chǎn)線的自動化程度 并切實提高了生產(chǎn)線的生產(chǎn) 效率 同時也介紹金屬打包機(jī)的發(fā)展歷史 結(jié)構(gòu) 并進(jìn)行了液壓系統(tǒng)的設(shè)計 PLC 控制 系統(tǒng)的設(shè)計 關(guān)鍵詞 金屬打包機(jī) 可編程控制器 PLC 液壓系統(tǒng) Abstract the electrical control parts of the old Metal Baler still mostly use the relay control this control method used numerous electrical components Logic routing complex contact the high failure rate poor equipment operation reliability PLC control can be used effectively to resolve these problems So design a new PLC based Metal Baler hydraulic control system the performance of the system is stability increase the degree of automation of production lines and effectively improve the efficiency of the production line It also introduces the history of the Metal Baler development structure and the design of it s hydraulic system the design of the PLC control system Key words Baler old metal programmable logic controller PLC hydraulic system 1 目錄 摘要 1 ABSTRACT II 第一章引言 1 1 1 金屬打包機(jī)及其在國民經(jīng)濟(jì)的地位 1 1 2 金屬打包機(jī)的原理及基本要求 1 1 3 金屬打包機(jī)的類型 1 1 4 液壓傳動打包機(jī)的優(yōu)點 3 1 5 我國液壓打包機(jī)的應(yīng)用及展望 3 1 5 1 我國廢金屬加工設(shè)備的生產(chǎn)規(guī)模及現(xiàn)狀 4 1 5 2 我國液壓打包機(jī)的研制應(yīng)用現(xiàn)狀 4 1 5 3 我國液壓打包機(jī) 十一五 發(fā)展方向 5 1 5 4 我國廢鋼加工設(shè)備前景展望 6 第二章 液壓金屬打包機(jī)的結(jié)構(gòu) 8 2 1 打包機(jī)的運動 8 2 2 打包機(jī)運動的控制 8 2 3 打包機(jī)的總布局 9 第三章 液壓金屬打包機(jī)液壓系統(tǒng)的主要的設(shè)計及計算 10 3 1 技術(shù)要求 10 3 2 液壓元件的計算與選用 10 3 2 1 負(fù)載分析和運動分析 10 3 2 2 液壓缸主參數(shù)的計算 12 3 2 3 液壓泵的選擇與計算 13 3 2 4 電動機(jī)的計算與選用 15 3 3 液壓系統(tǒng)圖的的擬定 15 3 3 1 液壓回路的選擇 15 3 3 2 液壓系統(tǒng)的性能驗算 17 3 3 3 油液溫升驗算 17 第四章 液壓金屬打包機(jī)的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 19 4 1 主機(jī)功能結(jié)構(gòu) 19 2 4 2 PLC 的概述 19 4 2 1 PLC 的起源 19 4 2 2 PLC 的功能 20 4 2 3 PLC 的主要特點 20 4 2 4 可編程控制器的定義 20 4 2 5 可編程控制器的分類 20 4 2 6 PC 的原理 21 4 2 7 PLC 的選型方法 22 4 3 PLC 機(jī)型的選擇 25 4 3 1 PLC 的選擇要求 25 4 3 2 PLC 的選用 26 4 4 PLC 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 26 4 5 控制要求和工作方式 28 4 6 PLC 的控制過程 29 4 7 PLC 控制系統(tǒng)控制程序及說明 31 結(jié)論 38 致謝 39 參考文獻(xiàn) 40 第一章引言 0 第一章引言 1 1 金屬打包機(jī)及其在國民經(jīng)濟(jì)的地位 金屬打包機(jī)的作用 金屬打包機(jī)是金屬回收機(jī)械中的主要種類之一 它的功能是將 機(jī)械工業(yè)的余廢料 即一定厚度下的邊角余料 線材 切削及小型薄壁金屬容器 包 裝物 小型構(gòu)架 廢舊金屬生活制品等物料 擠壓成具有一定規(guī)格和緊密度的束塊 便于運輸和回爐冶煉 金屬打包機(jī)在國民經(jīng)濟(jì)中的地位 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人民生活水平的提高 各 工業(yè)部門的金屬下腳料及生活用金屬制品的廢棄物都日益增多 這無疑將會對人類環(huán) 境產(chǎn)生污染 另方面人類社會的不斷消耗 各類礦物資源也會逐漸減少 如何利用金 屬廢棄物 即防止污染 又變廢為寶 資源永續(xù)成為一個重要的研究課題擺在人類面 前 1 2 金屬打包機(jī)的原理及基本要求 金屬打包的基本原理 就是利用金屬材料在外力作用下 能產(chǎn)生塑性變形的性質(zhì) 給金屬材料以足夠的 能聚集并產(chǎn)生永久形變的外力 從而形成緊密的束塊 所以 不能產(chǎn)生塑性變形 或塑性變形很小的金屬 便不能直接進(jìn)行打包處理 如高碳鋼 工具鋼 鋼絲繩及鑄鐵等 就不能直接裝機(jī)進(jìn)行打包 金屬打包的基本要求 1 要有足夠的擠壓力 能使被處理的金屬材料產(chǎn)生塑性 變形束塊 并使被束塊達(dá)到一定要求的密度 2 要有一個能容納金屬物料 并能封 閉起來承受擠壓力的料箱 在滿足這兩項基本要求的前提下 又根據(jù)不同的應(yīng)用要求 和不同的處理對象 就產(chǎn)生了許多不同類型的金屬打包機(jī) 金屬打包機(jī)的工作原來 就是在一個封閉的料箱內(nèi) 使用工作力推動壓頭對金屬物料進(jìn)行擠壓 使金屬物料形 成一定尺寸和密度的束塊 1 3 金屬打包機(jī)的類型 各個國家對廢舊金屬的回收方法不同 加工規(guī)模 體制各異 各國研制使用的金 屬打包機(jī)就各有特點 類型很多 但除尺寸規(guī)格 具體的結(jié)構(gòu)類型不外乎如下幾種 按料箱的封閉方法 有合蓋式和組合式 1 合蓋式 在料箱的上方有 旋轉(zhuǎn)的機(jī)蓋 加料后機(jī)蓋閉和 形成封閉的擠壓 室 在合蓋過程中 利用操縱機(jī)蓋的推動力 對松散的金屬物料 進(jìn)行一次預(yù)壓 一 次封閉的容量大 適用范圍廣 所以種類型的結(jié)構(gòu)被采用得最多 在中型 大型的金 第一章引言 1 屬打包機(jī)上也能組成自動化作業(yè)線 只是在加料時間 壓頭要等待 不能連續(xù)打包 在單位時間內(nèi)的打包數(shù)量比較低 2 組合式就是合蓋式與其它形式的封閉料箱的方式結(jié)合于一體 在機(jī)蓋閉合后 帶有拖板的第一級壓頭將物料推壓到擠壓室 機(jī)蓋就開啟 在第二級壓頭擠壓工作時 就可進(jìn)行加料于托板上 當(dāng)包塊成形推出機(jī)外 壓頭回程 托板上的料立即被擋入料 箱內(nèi) 又可合蓋進(jìn)行新的循環(huán)工作 這種類型彌補(bǔ)了某種的無予預(yù)壓作用 又彌補(bǔ)了 合蓋式的間歇太長的缺點 但還是不能進(jìn)行完全的連續(xù)加料 且機(jī)構(gòu)也復(fù)雜 所以采 用這類型式的金屬打包機(jī)還不多見 按壓頭加壓的方法 有單壓頭加壓 雙壓頭加壓和三壓頭加壓等形式 單壓頭加壓 在封閉的料箱中 只從一個方向?qū)饘傥锪鲜┘訅毫?這種類型目前 多見于小型的 100 噸壓力以下的 和小噸位壓力的處理有色金屬的金屬打包機(jī) 雙壓 頭加壓 在封閉的料箱中 分別從相互垂直的兩個方向 分別對金屬物料施加擠壓力 這種加壓方式的機(jī)型目前被采用得最多 小 中 大各級噸位壓力的都有 既能保證 包塊有一定的密度 又能簡化機(jī)器的結(jié)構(gòu) 三壓頭加壓 在封閉的料箱中以相互垂直的 三個方向 分別對金屬物料施加壓力 這種加壓方式的機(jī)型一般功率都比較大 即壓 力噸位都較大 這種加壓方式多與其他方式的料箱封閉形式配合使用 生產(chǎn)效率高 包塊的密度高 當(dāng)然機(jī)器的結(jié)構(gòu)也復(fù)雜 從金屬打包機(jī)的發(fā)展趨勢看 是在向多功能 大噸位 高生產(chǎn)率的方向發(fā)展 當(dāng) 然 這要以各國的具體國情而定 不過 有一點是一致的 不論什么機(jī)型結(jié)構(gòu) 均以 液壓傳動為主 我國的金屬打包機(jī)的概況從不完整的資料看 目前國內(nèi)所擁有并使用的金屬打包 機(jī) 除簡陋及代用設(shè)備外 分為絲桿傳動和液壓傳動兩大類 1 絲桿傳動金屬打包機(jī) 目前的機(jī)械廠從事商品生產(chǎn) 但仍有許多金屬回收單位自造自用 基本結(jié)構(gòu)都大 同小異 一般都采用合蓋式 雙壓頭加壓 各壓頭 蓋板均分別由電動機(jī) 減速器 絲桿及螺母進(jìn)行傳動 人工取包或機(jī)械頂出包塊 具體結(jié)構(gòu)繁簡不一 這類打包機(jī)的 主壓頭壓力 正式標(biāo)定的有 100 噸力和 200 噸力兩種 還有沒有標(biāo)定噸位的 也只是 在 100 噸力左右 由于絲桿傳動的功率損耗大 磨損大 體積大 所以一般不用這種 傳動結(jié)構(gòu)來制造大噸位級的打包機(jī) 絲桿傳動的金屬打包機(jī) 以其結(jié)構(gòu)簡單 易于制造 在我國金屬回收行業(yè)向機(jī)械 化發(fā)展方面 是起了一定的推動作用的 但由于這種傳動的功率損失太大 壓力的傳 動不穩(wěn)定 加工的包塊密度底 以及絲桿傳動的自身缺點和限制 不能得到發(fā)展 終 會被淘汰 2 液壓傳動金屬打包機(jī) 液壓金屬打包機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計 2 從六十年代開始 我國就有了制造液壓傳動金屬打包機(jī)的工廠 與其它的工業(yè)發(fā) 達(dá)的國家相比 雖然起步晚了些 但隨著金屬回收工業(yè)的發(fā)展 液壓金屬打包機(jī)的發(fā) 展也相當(dāng)迅速 有了一批適合我國國情的 不同規(guī)格和品種的設(shè)備裝備在各金屬回收 單位 按主壓頭壓力噸位有 63 噸 100 噸 160 噸 250 噸 300 噸及 1600 噸數(shù)種 300 噸和 1600 噸力級的多為冶金部門所使用 金屬回收單位目前使用最多的是 100 噸 壓力 其次是 160 噸力和 250 噸力級 再大的就少了 從結(jié)構(gòu)特征來講 多數(shù)為合蓋式的雙壓頭加壓 這類結(jié)構(gòu) 以宜昌機(jī)床工業(yè)公司 所研制的系列產(chǎn)品為代表 另外 最近幾年還發(fā)展了適合縣 鎮(zhèn)及機(jī)械輕工部門使用的合蓋式單壓頭加壓 移動式等小而輕便的金屬打包機(jī) 1 4 液壓傳動打包機(jī)的優(yōu)點 液壓打包機(jī)之所以發(fā)展迅速在于有許多其它傳動方式不可比擬的優(yōu)點 而這些優(yōu) 點又正適應(yīng)金屬的物料打包工作需要 這些優(yōu)點是 1 很容易得到大壓力 能在工作行程的任何位置進(jìn)行滿負(fù)載的擠壓工作 金 屬物料變形穩(wěn)定 擠壓出的束塊密度高 2 能容易實現(xiàn)自動變速 即壓頭在低壓力時能快速行動 高壓力時慢速行動 所以節(jié)省功率 提高效率 亦有利于金屬物料的變形 3 工作時傳動平穩(wěn) 噪聲小 機(jī)器的結(jié)構(gòu)緊湊 體積小 占地面積小 4 容易實現(xiàn)過載保護(hù) 在額定壓力下 可隨時調(diào)節(jié)壓力的大小 即能保護(hù)設(shè) 備的安全 操作也方便 5 容易實現(xiàn)自動化 容易實現(xiàn)遠(yuǎn)程操作 工人勞動強(qiáng)度低 6 功率損失小 節(jié)省能源 標(biāo)準(zhǔn)化程度高 液壓元件容易更換 1 5 我國液壓打包機(jī)的應(yīng)用及展望 我國液壓打包機(jī)的研制應(yīng)用起步于上世紀(jì) 80 年代中期 原國家計委在發(fā)展中國鋼 鐵工業(yè)中把廢鋼鐵回收加工列入節(jié)能項目 宏觀政策上鼓勵發(fā)展 當(dāng)時由商業(yè)部和國 家物資局從捷克斯洛伐克 日本 美國 聯(lián)邦德國等組織引進(jìn)了部分廢鋼打包機(jī) 首 先在京 津 滬等大中城市應(yīng)用 然后通過技術(shù)引進(jìn) 技術(shù)合作等形式逐步形成了我 國廢金屬加工設(shè)備生產(chǎn)體系 那時 中國仍然以計劃經(jīng)濟(jì)為主 市場調(diào)節(jié)為輔 隸屬 于機(jī)械工業(yè)部的宜昌機(jī)屬工業(yè)公司責(zé)無旁貸地承擔(dān)了引進(jìn)設(shè)備的技術(shù)吸收轉(zhuǎn)化和國產(chǎn) 設(shè)備的研制開發(fā)等生產(chǎn)任務(wù) 并為我國液壓系列廢金屬加工設(shè)備的推廣應(yīng)用做出了歷 第一章引言 3 史性貢獻(xiàn) 90 年代后 隨著我國市場經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展完善 廢鋼加工設(shè)備研制生產(chǎn)企 業(yè)逐步向長江流域和華東地區(qū)轉(zhuǎn)移 江蘇華宏科技股份有限公司 原江陰市液壓機(jī)械 廠 就應(yīng)運而生了 常熟市鍛壓機(jī)床有限公司 武漢供銷機(jī)械廠 寧波非標(biāo)設(shè)備廠等 也都生產(chǎn)了一定數(shù)量的廢金屬加工設(shè)備 1 5 1 我國廢金屬加工設(shè)備的生產(chǎn)規(guī)模及現(xiàn)狀 據(jù)粗略統(tǒng)計 自 九五 時期以來 我國年均生產(chǎn)各種廢鋼加工設(shè)備在 4 400 5300 臺 件 21 世紀(jì)后年均產(chǎn)量有了較大增長 這與我國鋼鐵蓄積量 十五 時期大幅增長的情形相同 其中大型廢鋼加工設(shè)備 包括抓鋼機(jī) 多數(shù)服務(wù)于大型冶 金企業(yè) 其所占比例較小 大約在 10 15 而中小型廢鋼加工設(shè)備一般使用在再生資 源回收利用公司和基層回收站 約占設(shè)備總量的 85 90 近些年有色金屬和不銹鋼企 業(yè)發(fā)展迅猛 爐前選用廢金屬打包機(jī)加工原料的日見增多 江蘇華宏科技股份有限公 司是我國專業(yè)生產(chǎn)廢鋼加工設(shè)備的新興力量 九五 時期共計生產(chǎn)廢金屬加工設(shè)備 3 800 余臺 件 產(chǎn)值達(dá) 16 780 萬元 十五 期間生產(chǎn)各類廢鋼加工設(shè)備 14 895 臺 件 實現(xiàn)銷售 80 513 余萬元 占據(jù)了國內(nèi)較大的市場分額 2006 年 1 月至 2007 年 6 月 江蘇華宏又生產(chǎn)各類廢金屬加工設(shè)備 5 667 臺 件 實現(xiàn)銷售達(dá) 42 880 萬元 18 個月的產(chǎn)量和產(chǎn)值約占 十五 時期的 38 和 53 26 江蘇華宏自 九 五 時期至今 一共累計生產(chǎn)各類廢加工設(shè)備 24 362 臺 件 華宏設(shè)備以占國內(nèi)市 場份額 50 計 全國同期應(yīng)有廢金屬加工設(shè)備總數(shù)為 48 724 臺 件 若以 40 計則 全國同期設(shè)備總數(shù)為 60 905 臺 件 約相當(dāng)于年產(chǎn) 5 300 臺 件 若含抓鋼機(jī) 冶金渣破碎機(jī)及研磨設(shè)備等 廢鋼加工設(shè)備總數(shù)應(yīng)在 50 000 62 000 臺 件 左右 當(dāng)然這只是理論推導(dǎo)值 尚不包括報廢折舊部分 也未計進(jìn)口和出口部分 1 5 2 我國液壓打包機(jī)的研制應(yīng)用現(xiàn)狀 1 我國廢金屬加工設(shè)備的研制現(xiàn)狀 從上世紀(jì) 80 年代后期引進(jìn)國外廢鋼打包機(jī)至今已有 20 余年 中國加入世貿(mào)組織 也已多年 世界經(jīng)濟(jì)一體化的進(jìn)程不斷加快 而我國液壓打包機(jī)的研制現(xiàn)狀仍有許多 令人不滿意的地方 新產(chǎn)品開發(fā)研制的動力 財力不足 目前在企業(yè)中設(shè)有科研所的只有湖北力帝和 江蘇華宏 在競爭日趨激烈的今天 企業(yè)只能以贏利為目的 而國家和政府又沒有科 研經(jīng)費投入 這個領(lǐng)域似乎成了被人遺忘的角落 經(jīng)久耐用 簡單可行的設(shè)備受歡迎 廢鋼回收加工 北方稱之為收破爛兒 南方叫收廢品 一般的人不愿意干 當(dāng)然在循 環(huán)經(jīng)濟(jì) 節(jié)能環(huán)保等新概念的沖擊下 人們的觀念有所改變 中國的傳統(tǒng)是勤儉節(jié)約 投入少產(chǎn)出多 特別是廢鋼加工設(shè)備只要求簡單易用 不歡迎復(fù)雜奢侈 所以 20 多年 后的今天 廢鋼打包機(jī)仍是老面孔 新產(chǎn)品的開發(fā)并不多見 集打包 剪切功能為一 身的液壓打包剪機(jī)國內(nèi)尚無批量生產(chǎn) 液壓金屬打包機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計 4 2 我國廢金屬加工設(shè)備應(yīng)用現(xiàn)狀 我國液壓打包機(jī)主要應(yīng)用在冶金系統(tǒng)和從事再生資源回收利用的相關(guān)企業(yè) 有色 金屬加工冶煉廠和不銹鋼生產(chǎn)企業(yè)等 液壓打包機(jī)在冶金工業(yè)中的應(yīng)用我國自行研制的 Y81 63 81 400 型打包機(jī) YD81 63 D81 650 型打包機(jī) 其結(jié)構(gòu)簡單 一般采用合蓋鎖緊銷代替垂直擠壓機(jī)構(gòu) 有手動 和半自動兩種 大功率打包機(jī)為大型鋼鐵企業(yè)所用 如寶鋼 太鋼 萊鋼 廣鋼 杭 鋼等鋼鐵企業(yè)都選用大功率打包機(jī)和門式剪切機(jī)等 一是對生產(chǎn)過程中的邊角余料加 工打包 二是對社會收購廢鋼進(jìn)行加工 冶金企業(yè)擁有的打包機(jī) 剪切機(jī)只占全社會 設(shè)備量的一部分 但都是大功率設(shè)備 液壓打包機(jī)在再生資源回收企業(yè)中的應(yīng)用 據(jù)報道 全國廢品回收人員在 1 000 萬 人以上 全國供銷社系統(tǒng)共有再生資源回收網(wǎng)點近 10 萬個 交易市場 540 多處 從業(yè) 人員近 50 萬人 金屬打包機(jī)廣泛應(yīng)用于再生資源回收企業(yè) 特別是中小型打包機(jī)很受 市場歡迎 占國內(nèi)市場半壁江山的江蘇華宏經(jīng)常滿負(fù)荷生產(chǎn) 節(jié)假日還加班加點 但 華宏系列產(chǎn)品始終供不應(yīng)求 據(jù)粗略估算 我國液壓打包機(jī)產(chǎn)量約占全國廢金屬加工 設(shè)備的 90 左右 抓鋼機(jī) 鋼渣破碎 研磨設(shè)備等約占 10 液壓打包機(jī)在有色金屬 不銹鋼領(lǐng)域的應(yīng)用 2006 年我國再生有色金屬總產(chǎn)量達(dá) 455 萬噸 其中再生銅 168 萬噸 再生鋁 235 萬噸 再生鉛 再生鋅產(chǎn)量分別為 39 萬噸和 11 萬噸 液壓打包機(jī)在有色金屬投爐冶煉工段使用十分普遍 紹興中環(huán)銅業(yè)公 司和富陽杭富線纜有限公司都采用華宏 Y81 100 型液壓打包機(jī)加工廢銅原料 2006 年我國不銹鋼產(chǎn)量達(dá) 530 萬噸 消費量為 595 萬噸 成為全球第一不銹鋼生產(chǎn)大國 在不銹鋼冶煉生產(chǎn)過程中 不銹鋼創(chuàng)花 不銹鋼輕薄料等加工壓塊都需要廢金屬打包 機(jī) 經(jīng)加工后的包塊既方便投爐 又節(jié)能環(huán)保 1 5 3 我國液壓打包機(jī) 十一五 發(fā)展方向 根據(jù)國家發(fā)改委頒發(fā)的 鋼鐵產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策 十一五 期間我國鋼鐵工業(yè)經(jīng) 調(diào)整后仍將持續(xù) 穩(wěn)定 健康發(fā)展 它對鋼鐵產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃 產(chǎn)業(yè)布局 產(chǎn)業(yè)技術(shù)政 策 企業(yè)組織結(jié)構(gòu) 投資管理等都作了詳細(xì)規(guī)定 為鋼鐵工業(yè)的健康發(fā)展指明了方向 十一五 期間以年均產(chǎn)鋼 4 2 億 4 3 億噸計 我國將共計生產(chǎn)粗鋼 21 億 21 5 億噸 以噸鋼單耗廢鋼 165 千克計 即需廢鋼 34 650 萬 35 475 萬噸 相當(dāng) 于年均使用廢鋼 6 900 萬 7 100 萬噸 鋼鐵產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策 第十五條要求精料入爐 清潔生產(chǎn) 第三十五條要求多用廢鋼 減少礦石用量 鼓勵發(fā)展電爐煉鋼 鼓勵廢鋼 精細(xì)加工 提倡廢鋼實行定點定向配送供應(yīng) 有鑒于此 筆者認(rèn)為 我國廢鋼加工設(shè) 備 十一五 發(fā)展方向是 1 穩(wěn)定現(xiàn)有廢鋼加工設(shè)備生產(chǎn)企業(yè) 并使之健康發(fā)展 為保證 十一五 期間鋼鐵工業(yè)的廢鋼供應(yīng) 國家宏觀管理部門應(yīng)重視現(xiàn)有廢鋼 第一章引言 5 加工設(shè)備生產(chǎn)企業(yè) 把它作為發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的重要內(nèi)容來抓 在銀行貸款 稅收政策 和技術(shù)改造等方面給以扶持 使之穩(wěn)定健康發(fā)展 并在原有基礎(chǔ)上鼓勵創(chuàng)新 使它們 成為該行業(yè)的民族品牌工業(yè) 2 注重科技投入 加強(qiáng)國際間的交流合作國產(chǎn)的廢鋼加工設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單 操 作容易 價格也較便宜 深受廣大用戶的歡迎 但 20 多年以來 廢鋼加工設(shè)備的技術(shù) 改造 科技創(chuàng)新投入嚴(yán)重不足 宏觀管理部門及相關(guān)的科研院所也很少有人關(guān)注這一 領(lǐng)域 國際的交流合作平時只局限于貿(mào)易交流 或流于經(jīng)貿(mào)洽談等 湖北力帝公司研制 的 PSX 6080 型廢鋼破碎生產(chǎn)線是在引進(jìn)美國技術(shù)的基礎(chǔ)上創(chuàng)新開發(fā)的 屬國家星火計 劃 但推廣應(yīng)用難度很大 對于意大利考爾碼公司的液壓打包剪切機(jī) 帶抓斗的金屬 液壓打包機(jī)和德國美卓林德曼公司的廢鋼加工系列設(shè)備等樣機(jī)應(yīng)組織力量吸收轉(zhuǎn)化 為我所用 3 發(fā)展先進(jìn)加工工藝 以增加純凈廢鋼的市場供應(yīng)量對于自動上料 并能除 塵去雜的廢鋼加工設(shè)備應(yīng)鼓勵研制開發(fā) 因為這類設(shè)備可以大幅度提高勞動生產(chǎn)率 還能與精料入爐 清潔生產(chǎn)相匹配 同時也能促進(jìn)廢鋼配送制度的建立 4 建立廢鋼加工設(shè)備基金會建議中國廢鋼鐵應(yīng)用協(xié)會協(xié)同廢鋼加工設(shè)備委員 會發(fā)起建立廢鋼加工設(shè)備基金會 廢鋼和廢鋼加工設(shè)備的使用單位 生產(chǎn)單位都有義 務(wù)按比例為基金會籌措資金 該基金主要用于新產(chǎn)品的研制開發(fā)以及獎勵對該行業(yè)作 出卓越貢獻(xiàn)的人士等 1 5 4 我國廢鋼加工設(shè)備前景展望 我國廢鋼加工設(shè)備的指研制設(shè)計和生產(chǎn)與國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度 特別是與冶金工 業(yè)的發(fā)展密切相關(guān) 我國 十一五 期間的 GDP 年均增長在 7 8 2010 年我國粗鋼 產(chǎn)量將超過 5 3 億噸 國內(nèi)鋼材需求總量將達(dá)到 4 8 億噸以上 屆時年需廢鋼將達(dá) 8 000 萬 9000 萬噸 1 廢鋼加工設(shè)備的數(shù)量 質(zhì)量均呈增長提高狀態(tài) 在廢鋼供應(yīng)環(huán)節(jié)中 國家鼓勵批量采購 集中加工 統(tǒng)一配送 對鋼鐵企業(yè)則鼓 勵精料入爐 積極開展資源的綜合利用 2007 年鋼鐵行業(yè)將節(jié)能 1 700 萬噸標(biāo)煤 減 排二氧化硫 9 萬噸 節(jié)水 3 億噸 隨著 鋼鐵產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策 的全面落實 隨著廢鋼 加工配送體系的逐步推廣建立 需要加工的廢鋼將逐年增加 所以社會對廢鋼加工設(shè) 備的質(zhì)量 數(shù)量都將有新的要求 2 各種類型的廢鋼加工設(shè)備將協(xié)同發(fā)展 由于我國是發(fā)展中國家 將長期處于社會主義初級階段 以冶金工業(yè)為例 全國 鋼鐵企業(yè)中有寶鋼 武鋼 鞍鋼等現(xiàn)代化的大型鋼鐵企業(yè) 也有像南京 杭州 濟(jì)南 等準(zhǔn)現(xiàn)代化企業(yè) 甚至還有像加興 遂昌 錫興等 第三世界 的企業(yè) 由于各自的 液壓金屬打包機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計 6 經(jīng)濟(jì)實力不同 選擇廢鋼加工設(shè)備自然是量力而行 各取所需 同樣對于各種類型的 再生資源企業(yè) 對于廢鋼回收加工供應(yīng)企業(yè)采購廢鋼加工設(shè)備的選擇標(biāo)準(zhǔn)是千差萬別 的 所以在 十一五 時期 各種類型的廢鋼加工設(shè)備 含進(jìn)口 國產(chǎn) 大 中 小 等 仍將共同存在 共同繁榮 和諧發(fā)展 3 綜合加工設(shè)備 一機(jī)多能設(shè)備將更受青睞 社會需要自動化程度高 生產(chǎn)效率高 具有生產(chǎn)流水線形式的廢鋼綜合加工設(shè)備 對一機(jī)多能設(shè)備將更受青睞 如韓國大模技術(shù)有限公司生產(chǎn)的 DMS 系列金屬打包機(jī)可 360 度自由旋轉(zhuǎn)且功率大 適合大鋼廠料場作業(yè) 詹陽動力重工公司生產(chǎn)的履帶式液壓 抓鋼機(jī)附帶電磁吸盤和散料抓斗 一機(jī)多用深受鋼鐵企業(yè)迎 意大利考爾瑪公司的液 壓打包剪切機(jī)系列產(chǎn)品 具有打包和剪切的雙重功能 是廢鋼加工設(shè)備的發(fā)展方向 建議中國廢鋼鐵應(yīng)用協(xié)會和廢鋼加工設(shè)備委員會組織力量開展全國范圍廢鋼加工設(shè)備 產(chǎn)量 產(chǎn)值以及生產(chǎn)能力調(diào)查 包括各類生產(chǎn)企業(yè) 工程技術(shù)人員 產(chǎn)品銷售地域等 等 以普查為基礎(chǔ) 組織行業(yè)專家制定廢鋼加工設(shè)備 十一五 規(guī)劃 并配合質(zhì)檢等 部門推行廢鋼加工設(shè)備產(chǎn) 銷售許可證制度 使全行業(yè)逐步升級換代 規(guī)范有序 第二章 液壓金屬打包機(jī)的結(jié)構(gòu) 7 第二章 液壓金屬打包機(jī)的結(jié)構(gòu) 目前國內(nèi)使用最多最廣泛的是宜昌機(jī)床工業(yè)公司生產(chǎn)的液壓傳動金屬打包 機(jī) 基本類型屬于合蓋式雙壓壓頭加壓形式 在現(xiàn)有系列的不同規(guī)格的打包機(jī) 中 其主機(jī)的結(jié)構(gòu)基本相同 所以在這里介紹金屬打包機(jī)的結(jié)構(gòu) 2 1 打包機(jī)的運動 打包機(jī)從加料后開始工位運轉(zhuǎn) 到束塊推出 運動停止 為一個單次工作 循環(huán) 其程序如下 1 合蓋 封閉料箱 形成壓縮室 在蓋板旋轉(zhuǎn)合箱的過程中 對松散 的泡物料或薄壁容器 進(jìn)行一次壓縮 壓縮室的高即為束塊高 2 第一級壓頭加壓 即 X 向加壓 此壓頭行程是限位的 即到束塊寬 度位置就停止 這樣 在壓縮室的前端形成一個高壓室 3 第二級壓頭加壓 即 Y 向的加壓 這級壓力是在高壓室內(nèi) 對已初 步形成的束塊 進(jìn)行整形定性的最終擠壓 形成緊密度較高的束塊 這級壓頭 的行程不限位 只到最高壓力為止 4 開側(cè)門 束塊成形后 松泄主壓頭壓力 拉開機(jī)身側(cè)邊的出包門 5 推出束塊 利用主壓頭繼續(xù)前進(jìn) 將束塊從側(cè)門推出機(jī)外 6 回位 主 側(cè)壓頭退回 側(cè)門關(guān)閉 機(jī)蓋啟開 即可進(jìn)行下一工作 循環(huán)的加料 上述這幾個程序是基本的工位循環(huán) 期間還有一些輔助運動 如持續(xù)加壓 泄壓等 這根據(jù)機(jī)型不同 在液壓動作程序表中列出 2 2 打包機(jī)運動的控制 手動控制 按照運動程序 在操縱箱上逐個操縱電器按鈕 每個按鈕只控制 一個程序的動作 動作完成便停止 另有一種直接操縱液壓換向閥的手動操縱 打包機(jī) 是按照液壓原理圖上的動作程序表 依次扳動換向閥手柄的位置 每 個程序的轉(zhuǎn)換及程序的正確與否 均靠操縱人員掌握 半自動控制 除加料外 打包機(jī)的運轉(zhuǎn)只需按一次按鈕 從合蓋開始到開蓋為止的全循環(huán) 中間全過程 的各程序轉(zhuǎn)換完全自動進(jìn)行 所謂半自動 實際就是因為打包機(jī)本身不能進(jìn)行 自動加料而已 液壓金屬打包機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計 8 2 3 打包機(jī)的總布局 打包機(jī)一般分為二大部分 主機(jī)部分和動力系統(tǒng) 主機(jī)部分 就是機(jī)器進(jìn)行打包工作的部分 如圖 1 2 按其功能 主要由相互垂直臥式安裝的二部液壓機(jī)構(gòu)成 另加一些輔助機(jī) 構(gòu) 若按構(gòu)成的結(jié)構(gòu)分 即是 1 機(jī)體 2 側(cè)缸系統(tǒng) 3 主缸系統(tǒng) 4 機(jī)蓋系統(tǒng) 5 側(cè)門系統(tǒng) 6 鎖緊機(jī)構(gòu) b 動力系統(tǒng) 就是機(jī)器的液壓發(fā)生 控制機(jī)構(gòu) 布置在機(jī)器的后部 側(cè)缸 的兩側(cè) 而電控操縱箱則置于機(jī)器同主缸的一側(cè) 整個系統(tǒng)由下列部分組成 1 油箱部分 2 油泵 電機(jī)組 3 控制閥 4 管路系統(tǒng) 5 電氣系統(tǒng) 6 電控箱 第三章 液壓金屬打包機(jī)的液壓系統(tǒng)的主要設(shè)計及計算 9 第三章 液壓金屬打包機(jī)液壓系統(tǒng)的主要的設(shè)計及計算 3 1 技術(shù)要求 設(shè)計制造一臺金屬打包機(jī) 其壓頭的運動采用液壓傳動 要求通過電液控 制實現(xiàn)的工作循環(huán)為 快速下降 慢速加壓 快速回程 最大壓頭壓力為 200 噸 快速前進(jìn)的速度 53mm s 快速下降的行程 L 180mm 慢速加壓前進(jìn)的速1 1 度 20mm s 快速退回的速度為 60mm s 快速上升的行程 L 200mm 2 2 3 2 液壓元件的計算與選用 3 2 1 負(fù)載分析和運動分析 金屬打包機(jī)做上下直線往復(fù)運動 且行程較小 故選用單桿液壓缸作執(zhí)行 器 取缸的機(jī)械效率 cm 0 91 表 9 1 按負(fù)載選擇執(zhí)行元件工作壓力 負(fù)載 F N 50 000 工作壓力 P MPa 5 7 表9 2 按主機(jī)類型選擇執(zhí)行元件工作壓力 主機(jī)類型 機(jī)床 農(nóng)業(yè)機(jī)械 小型 工程機(jī)械 工程 機(jī)械輔助機(jī)構(gòu) 液壓機(jī) 中 大 型型挖掘機(jī) 重 型機(jī)械起重運輸 機(jī)械 磨床 合機(jī)床 龍門刨床 拉床工作壓力 P MPa 2 5 8 8 10 10 16 20 32 已知公稱推力 2000KN 由表 9 2 9 1 可知金屬液壓打包機(jī)宜取 P 為 30MPa 下表為 液壓執(zhí)行器的形式 特點 和適用場合 形式 特點 適用場 合 獲得方 法 液壓缸 活塞缸 雙桿 兩桿直 磨床 自行設(shè) 液壓金屬打包機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計 10 徑相等時 往返速度和 出力相同 兩桿直徑不 等時 往返 速度和出力 不同 往返速度相 同或不同的 機(jī)構(gòu) 計 單桿 一般連 接 往返方 向的速度和 出力不同 差動連接 可以實現(xiàn)快 進(jìn) d 0 7D 差動連接 往返速度和 出力相同 各類機(jī) 械 選用或 自行設(shè)計 柱塞缸 單桿 結(jié)構(gòu)簡 單 制造容 易 靠自重 或外力回程 液壓機(jī) 千斤 小缸 用于定位和 夾緊等 選用或 自行設(shè)計 雙桿 結(jié)構(gòu)簡 單 桿在兩 處有導(dǎo)向 可做得細(xì)長 液壓機(jī) 注塑機(jī)動回 程缸 各類 熱壓機(jī)等 自行設(shè) 計 復(fù)合增 速缸 可獲得 多種出力和 速度 結(jié)構(gòu) 緊湊 制造 較難 成本 高 液壓機(jī) 注塑機(jī) 實 驗機(jī)和數(shù)控 機(jī)床換刀機(jī) 構(gòu)等 自行設(shè) 計 復(fù)合增 壓缸 體積小 出力大 行 模具成 形擠壓機(jī) 選用或 自行設(shè)計 第三章 液壓金屬打包機(jī)的液壓系統(tǒng)的主要設(shè)計及計算 11 程小 金屬成形壓 印機(jī) 六面 頂 液壓實 驗臺等 伸縮式 行程是 缸長的數(shù)倍 節(jié)省安裝空 間 汽車車 廂舉傾缸 起重機(jī)臂伸 縮缸等 選用 液壓缸選用活塞單桿式 并在快進(jìn)時作差動連接 此時液壓缸無桿腔工作 面積 A 應(yīng)為有桿腔工作面積 A 的兩倍 即活塞桿直徑 d 與缸筒直徑 D 的關(guān)系1 2 為 d 0 707D 3 2 2 液壓缸主參數(shù)的計算 打包機(jī)在工作時必須考慮背壓 P 以防工作中出現(xiàn)前沖的問題 取 P 為2 2 0 8MPa 快進(jìn)時液壓缸雖作差動連接 但由于油管中有壓降 P 存在 有桿腔的 壓力必須大于無桿腔 估算時可取 P 0 5MPa 快退時回油腔是有背壓的 這 時 P 也可按 0 5MPa 估算 2 F PA P1cm 4 2D cm D 4F P1 D 4 2000000 30000000 3 14 0 92 303 8mm 取300mm d 0 707D 214 2mm 取210mm 活塞桿縮回時的實際拉力 F PA P2cm 4 2dD cm 代入數(shù)據(jù)可得 F 1 1 N610 活塞差動前進(jìn)時的實際推力 F P P3 21Acm 2cm F 2657696 活塞桿工進(jìn)時的流量 Q vA1 24D 3 14 300 0 91 53mm s 4 0 37m s3 活塞桿快退時的流量 q v A12 液壓金屬打包機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計 12 3 14 210 0 91 60mm s 4 2 0 19m s3 由于行程與活塞桿直徑比 l d 10 的受壓拄塞或活塞桿要做壓桿穩(wěn)定性驗算 故取 L 為 200mm 活塞桿工進(jìn)的時間 t V q 1 D L 4q v 2 0 08 h 活塞桿宿回時的行程時間為 t V q2 cvqLd 4 2 0 04 h 液壓缸的功率為 P FV 36 4KW 3 2 3 液壓泵的選擇與計算 由液壓缸的工作要求 液壓缸在最高工作壓力時缸的輸入流量極少且進(jìn)油 路元件較少 故泵至缸間的進(jìn)油路壓力損失故取為 P 0 5MPa P 總 P P 液壓泵的總效率 液壓泵的 類型 齒輪泵 螺桿泵 葉片泵 拄塞泵 總效率 0 6 0 7 0 65 0 8 0 6 0 75 0 80 0 85 下表為液壓泵類型及特性 特 性 齒輪泵 葉片泵 螺桿泵 柱塞 泵 軸向 式 徑向 式 額 定壓力 MPa 低壓泵 2 5 高壓 泵25 低壓 6 3 中壓 16 高壓 32 2 5 10 約40 約40 排 0 5 6 1 35 25 150 4 10 6 50 第三章 液壓金屬打包機(jī)的液壓系統(tǒng)的主要設(shè)計及計算 13 量 ML r1 50 0 0 0 0 最 高轉(zhuǎn)速 r min1 300 700 500 400 1000 2 300 500 1800 最 大功率 KW 120 320 390 2660 260 適 用黏度 mm s21 20 5 00 20 2 00 19 49 20 2 00 20 2 00 自 吸能力 非常好 好 最好 差 差 變 量能力 否 單作用 葉片泵變量 否 好 好 功 率質(zhì)量 比 KW kg1 中 大 小 大 大 輸 出壓力 脈動 大 小 小 小 小 污 染敏感 度 小 大 小 大 大 歷 時變化 齒輪磨 損后效率下 降 葉片磨 損后效率下 降較小 螺桿磨損 后效率下降 配流 盤 滑靴 或分配閥 磨損時效 率下降較 大 配流 盤 滑靴 或分配閥 磨損時效 率下降較 大 液壓金屬打包機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計 14 黏 度對效 率的影 響 很大 稍小 很小 很小 噪 聲 小 大 小 中 最小 中 大 中 大 價 格 最低 中 高 高 高 適 用場合 機(jī)床 工程機(jī)械 農(nóng)牧機(jī)械 搬運機(jī)械 車輛 機(jī)床 液壓機(jī) 注 塑機(jī) 工程 機(jī)械 飛機(jī) 及要求噪聲 較底的場合 精密機(jī)床 和機(jī)械 輕紡 化工機(jī)械 石 油機(jī)械 工程 機(jī)械 礦 山冶金機(jī) 械 鍛壓 機(jī)械 建 筑機(jī)械 船舶 飛 機(jī)等 工程 機(jī)械 礦 山冶金機(jī) 械 鍛壓 機(jī)械 建 筑機(jī)械 船舶 飛 機(jī)等 在此我選用拄塞泵 總效率為 0 82 P總 P 0 82 44 5KW 3 2 4 電動機(jī)的計算與選用 電動機(jī)的功率的選擇 P電 44 5 0 85 52 4KW 通過查表 選用規(guī)格相近的 Y250M 4 額定轉(zhuǎn)速 1480r min 功率 55KW 3 3 液壓系統(tǒng)圖的的擬定 3 3 1 液壓回路的選擇 首先要選擇調(diào)速回路 由于金屬打包機(jī)的液壓系統(tǒng)的功率大 工作負(fù)載變 化大 故采用容積調(diào)速方式 為滿足速度的有級變化 采用壓力補(bǔ)償變量液壓 泵供油 即在快速下降時 液壓泵以全流量供油 當(dāng)轉(zhuǎn)換成慢速加壓時 泵的 流量減小在最后 5mm 內(nèi) 使泵的流量減到零 當(dāng)液壓缸反向回程時 泵的流量 恢復(fù)到全流量 液壓缸的運動方向采用二位二通 M 型電液換向閥控制 停機(jī)時 換向閥處于中位 使液壓泵卸荷 為防止壓頭在下降過程中由于自重而出現(xiàn)速 第三章 液壓金屬打包機(jī)的液壓系統(tǒng)的主要設(shè)計及計算 15 度失控現(xiàn)象 在液壓缸無桿腔回路上設(shè)置一個內(nèi)控單向順序閥 本機(jī)采用行程 控制 利用行程開關(guān)來切換電液換向閥 以實現(xiàn)自動循環(huán) 閥類元件及輔助元件表 序號 元件名 稱 1 泵 2 溢流閥 3 壓力表 及開關(guān) 4 單向閥 5 二位二 通型電液換 向閥 6 單向順 序閥 7 夜壓缸 8 過濾器 9 壓力繼電器 如 圖 1 液壓金屬打包機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計 16 圖 3 1 3 3 2 液壓系統(tǒng)的性能驗算 回路壓力損失驗算 由于系統(tǒng)的具體管路布置尚未確定 整個回路的壓力損失無法估算 僅只 閥類元件對壓力損失所造成的影響可以看得出來 供調(diào)定系統(tǒng)中某些壓力值時 參考 這里估算從略 3 3 3 油液溫升驗算 工進(jìn)在整個工作循環(huán)中所占的時間比例達(dá) 96 所以系統(tǒng)發(fā)熱和油液溫 升可用工進(jìn)時的情況來計算 工進(jìn)時液壓缸的有效功率為 P 36 4KW 泵輸出的功率為 P 總 P 0 82 44 5KW 由此得液壓系統(tǒng)單位時間的發(fā)熱量為 Q P 總 P 8KW 此打包機(jī)允許油液的溫升 T 值 可由下式計算油箱的最小有效容積 Vmin V i 10 3 3Q 10 80 m3 4 4 m3 如果實際所采用的油箱的有效容積 V 小于計算的數(shù)值 必須設(shè)置冷卻器 第四章 液壓金屬打包機(jī)的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 17 第四章 液壓金屬打包機(jī)的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 4 1 主機(jī)功能結(jié)構(gòu) 金屬打包機(jī)是一種成型設(shè)備 其功能是將金屬加工中產(chǎn)生的廢料擠壓成一 定尺寸的塊狀 使之適合生產(chǎn)要求 提高回收效率 下面為工作過程 金屬廢料 料斗 輕壓 保壓 退回原位 重壓 液壓系統(tǒng)及工作原理如圖 1 所示 該系統(tǒng)采用變量柱塞泵供油 泵的 壓力由先導(dǎo)式溢流閥設(shè)定 系統(tǒng)的執(zhí)行器為液壓缸 它的運動方向由二位二通 型電液換向閥控制 單向閥用于液壓缸快速進(jìn)給時的差動連接 壓力繼電器用 于重壓時壓力達(dá)到要求時后開始保壓的發(fā)信 系統(tǒng)工作時 電磁鐵通電使換向 閥切換至右位 液壓泵開始向液壓缸的無桿腔供油 有桿腔的油液經(jīng)單向閥和 換向閥反饋至液壓缸無桿腔 液壓缸快速進(jìn)給 當(dāng)電磁鐵在次通電時使換向閥 切換至左位 液壓缸快速退回 4 2 PLC 的概述 4 2 1 PLC 的起源 PLC 是從早期的繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展而來的 自 1836 年繼電器問世 人們就開始用導(dǎo)線將它同開關(guān)器件巧妙地連接 構(gòu)成用途各異的邏輯控制或順 序控制 上世紀(jì) 60 年代末 它不斷吸收微電腦技術(shù)使之功能不斷增強(qiáng) 逐漸適 合復(fù)雜的控制任務(wù) 隨著微電子技術(shù) 計算機(jī)技術(shù)和數(shù)據(jù)通信技術(shù)的飛速發(fā)展 微處理器的出現(xiàn) 以及流程加工行業(yè) 如汽車制造業(yè) 對生產(chǎn)流程迅速 頻繁 變更的需求 PLC 技術(shù)出現(xiàn)并快速發(fā)展 目前 PLC 在小型化 大型化 大容量 強(qiáng)功能等方面有了質(zhì)的飛躍 使 早期的 PLC 從最初的邏輯控制 順序控制 發(fā)展成為具有邏輯判斷 定時 計 數(shù) 記憶和算術(shù)運算 數(shù)據(jù)處理 聯(lián)網(wǎng)通信及 PID 回路調(diào)節(jié)等功能的現(xiàn)代 PLC 但是 仍然沿用著順序掃描 程控等基本模式及 CPU 通信 I O 的基本結(jié) 構(gòu) PLC 之所以有生命力 在于它更加適合工業(yè)現(xiàn)場和市場的要求 高可靠性 強(qiáng)抗各種干擾的能力 編程安裝使用簡便 低價格長壽命 它的輸入輸出端更 接近現(xiàn)場設(shè)備 不需添加太多的中間部件或需要更多的接口 這樣節(jié)省了用戶 時間和成本 PLC 的下端 輸入端 為繼電器 晶體管和晶閘管等控制部件 而 上端一般是面向用戶的微型計算機(jī) 人們在應(yīng)用它時 可以不必進(jìn)行計算機(jī)方 液壓金屬打包機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計 18 面的專門培訓(xùn) 就能對可編程控制器進(jìn)行操作及編程 4 2 2 PLC 的功能 1 數(shù)據(jù)采集與輸出 2 控制功能 包括順序控制 邏輯控制 定時 計 數(shù)等 3 數(shù)據(jù)處理功能 包括基本數(shù)學(xué)運算 比較 對字節(jié)的運算 PID 運 算 濾波等 4 輸入 輸出接口調(diào)理功能 具有 A D D A 轉(zhuǎn)換功能 通過 I O 模塊完成對模擬量的控制和調(diào)節(jié) 具有溫度 運動等測量接口 5 通 信 聯(lián)網(wǎng)功能 現(xiàn)代 PLC 大多數(shù)都采用了通信 網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 有 RS232 或 RS485 接口 可進(jìn)行遠(yuǎn)程 I O 控制 多臺 PLC 可彼此間聯(lián)網(wǎng) 通信 外部器件 與一臺或多臺可編程控制器的信號處理單元之間 實現(xiàn)程序和數(shù)據(jù)交換 如程 序轉(zhuǎn)移 數(shù)據(jù)文文件轉(zhuǎn)移 監(jiān)視和診斷 在系統(tǒng)構(gòu)成時 可由一臺計算機(jī)與多 臺 PLC 構(gòu)成 集中管理 分散控制 的分布式控制網(wǎng)絡(luò) 以便完成較大規(guī)模的復(fù) 雜控制 通常所說的 SCADA 系統(tǒng) 現(xiàn)場端和遠(yuǎn)程端也可以采用 PLC 作現(xiàn)場機(jī) 6 支持人機(jī)界面功能 提供操作者以監(jiān)視機(jī)器 過程工作必需的信息 允許操 作者和 PC 系統(tǒng)與其應(yīng)用程序相互作用 以便作決策和調(diào)整 實現(xiàn)工業(yè)計算機(jī)的 分散和集中操作與監(jiān)視系統(tǒng) 7 編程 調(diào)試等 并且大部分支持在線編程 4 2 3 PLC 的主要特點 1 可靠性高 PLC 的 MTBF 一般在 40000 50000h 以上 有的在 10 20 萬 h 且均有完善的自診斷功能 2 結(jié)構(gòu)形式多樣 模塊化組合靈活 有固定式 適于小型系統(tǒng)或機(jī)床 組合式適于集控制系統(tǒng) 最少的 PLC 只有 6 點 而 AB 的 ControlLogix 系統(tǒng)的容量達(dá) 128000 點 3 功能強(qiáng)大 4 編程方便 控 制具有極大靈活性 5 適應(yīng)工業(yè)環(huán)境 適應(yīng)高溫 振動 沖擊和粉塵等惡劣 環(huán)境以及電磁干擾環(huán)境 6 安裝 維修簡單 7 與 DCS 相比 價格低 8 當(dāng)前 PLC 產(chǎn)品緊跟現(xiàn)場總線的發(fā)展潮流 4 2 4 可編程控制器的定義 可編程控制器是以計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置 被國際電工委 員會 IEC 命名為 Programmable controller 因而很多生產(chǎn)廠家和學(xué)術(shù)論 文稱之為 PC 在 PC 的發(fā)展歷程中 因不同時期 不同功能 有過以下幾個不 同的名稱 可編程矩陣控制器 Programmable matrix controller PMC 可編程順序控制器 Programmable sequence controller PSC 可編程邏輯控制器 Programmable logic controller PLC 4 2 5 可編程控制器的分類 PLC 一般可按 I O 輸入 輸出 點數(shù)和結(jié)構(gòu)形式分類 a 按 I O 點數(shù)分類 第四章 液壓金屬打包機(jī)的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 19 I O 點數(shù)小于 32 為微型 PLC I O 點數(shù)在 32 128 之間為微小型 PLC I O 點數(shù)在 128 256 之間為小型 PLC I O 點數(shù)在 256 1024 之間為中型 PLC I O 點數(shù)大于 1024 為大型 PLC I O 點數(shù)在 4000 以上為超大型 PLC 以上劃分不包括模擬量 I O 點數(shù) 且劃分界限不是固定不變的 b 按結(jié)構(gòu)形式分類 整體式 PLC 整體式又稱單元式或箱體式 整體式 PLC 是將電源 CPU I O 部件都集中 裝在一個機(jī)箱內(nèi) 其結(jié)構(gòu)緊湊 體積小 價格低 一般小型 PLC 采用這種結(jié)構(gòu) 整體式 PLC 由不同 I O 點數(shù)的基本單元和擴(kuò)展單元組成 基本單元內(nèi)有 CPU I O 部件和電源 擴(kuò)展單元內(nèi)只有 I O 部件和電源 基本單元和擴(kuò)展單元 之間一般用扁平電纜之間連接 整體式 PLC 一般配有特殊功能單元 如模擬量 單元 模糊控制單元和位置控制單元等 使 PLC 的功能得以擴(kuò)展 模塊式 PLC 模塊式結(jié)構(gòu)是將 PLC 各部分分成若干個單獨的模塊 如 CPU 模塊 I O 模 塊 電源模 有的包含在 CPU 模塊中 和各種功能模塊 模塊式 PLC 由框架和各種模 塊組成 模塊插在插座上 有的 PLC 沒有框架 各種模塊安裝在底版上 模塊 式結(jié)構(gòu)配置靈活 裝配方便 便于擴(kuò)展和維修 一般大 中型 PLC 采用模塊式 結(jié)構(gòu) 有的小型 PLC 也采用這種結(jié)構(gòu) c 可編程控制器的特點 可編程控制器的特點 可靠性高 編程簡單 通用性強(qiáng) 體積小 結(jié)構(gòu)緊湊 安裝及維護(hù)方便 4 2 6 PC 的原理 PC 應(yīng)用于計算機(jī)技術(shù) 實質(zhì)上它是一種專用計算機(jī) 其內(nèi)部采用了由大規(guī) 模集成電路構(gòu)成的微處理器和存儲器 圖 4 1 是 PC 的原理框圖 液壓金屬打包機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計 20 EPRO M EEPR OM RAM 外 存 接 口 其 他 接 口 A D D A 計算 機(jī) 其他 設(shè)備 R OM R AM 中央處理器 CPU 編 程 器 輸入 接口 光電 耦合 輸出接 口 繼電器 圖 4 1 PC 原理框圖 CPU 是 PC 的核心組成部分 與通用微機(jī)的 CPU 一樣 有其功能作用 它接 受并存儲從編程器輸入的用戶程序數(shù)據(jù)診斷電源 在 PC 進(jìn)入運行狀態(tài)后 從存 儲器中讀取用戶程序 系統(tǒng)程序存儲器用以存放系統(tǒng)工作程序 模塊化應(yīng)用功 能子程序 命令解釋 功能子程序的調(diào)用管理程序以及按對應(yīng)義存儲各種系統(tǒng) 參數(shù)等功能 用戶存儲器用以存放用戶程序即存放通過編程器輸入的用戶程序 4 2 7 PLC 的選型方法 在 PLC 系統(tǒng)設(shè)計時 首先應(yīng)確定控制方案 下一步工作就是 PLC 工程設(shè)計 選型 工藝流程的特點和應(yīng)用要求是設(shè)計選型的主要依據(jù) PLC 及有關(guān)設(shè)備應(yīng) 是集成的 標(biāo)準(zhǔn)的 按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體 易于擴(kuò)充其功能 的原則選型所選用 PLC 應(yīng)是在相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域有投運業(yè)績 成熟可靠的系統(tǒng) PLC 第四章 液壓金屬打包機(jī)的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 21 的系統(tǒng)硬件 軟件配置及功能應(yīng)與裝置規(guī)模和控制要求相適應(yīng) 熟悉可編程序 控制器 功能表圖及有關(guān)的編程語言有利于縮短編程時間 因此 工程設(shè)計選 型和估算時 應(yīng)詳細(xì)分析工藝過程的特點 控制要求 明確控制任務(wù)和范圍確 定所需的操作和動作 然后根據(jù)控制要求 估算輸入輸出點數(shù) 所需存儲器容 量 確定 PLC 的功能 外部設(shè)備特性等 最后選擇有較高性能價格比的 PLC 和 設(shè)計相應(yīng)的控制系統(tǒng) a 輸入輸出 I O 點數(shù)的估算 I O 點數(shù)估算時應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔?通常根據(jù)統(tǒng)計的輸入輸出點數(shù) 再增 加 10 20 的可擴(kuò)展 余量后 作為輸入輸出點數(shù)估算數(shù)據(jù) 實際訂貨時 還需根據(jù)制造廠商 PLC 的產(chǎn)品特點 對輸入輸出點數(shù)進(jìn)行圓整 b 存儲器容量的估算 存儲器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小 程序容量 是存儲器中用戶應(yīng)用項目使用的存儲單元的大小 因此程序容量小于存儲器容 量 設(shè)計階段 由于用戶應(yīng)用程序還未編制 因此 程序容量在設(shè)計階段是未 知的 需在程序調(diào)試之后才知道 為了設(shè)計選型時能對程序容量有一定估算 通常采用存儲器容量的估算來替代 存儲器內(nèi)存容量的估算沒有固定的公式 許多文獻(xiàn)資料中給出了不同公式 大體上都是按數(shù)字量 I O 點數(shù)的 10 15 倍 加上模擬 I O 點數(shù)的 100 倍 以此 數(shù)為內(nèi)存的總字?jǐn)?shù) 16 位為一個字 另外再按此數(shù)的 25 考慮余量 c 控制功能的選擇 該選擇包括運算功能 控制功能 通信功能 編程功能 診斷功能和處理 速度等特性的選擇 一 運算功能 簡單 PLC 的運算功能包括邏輯運算 計時和計數(shù)功能 普通 PLC 的運算功 能還包括數(shù)據(jù)移位 比較等運算功能 較復(fù)雜運算功能有代數(shù)運算 數(shù)據(jù)傳送 等 大型 PLC 中還有模擬量的 PID 運算和其他高級運算功能 隨著開放系統(tǒng)的 出現(xiàn) 目前在 PLC 中都已具有通信功能 有些產(chǎn)品具有與下位機(jī)的通信 有些 產(chǎn)品具有與同位機(jī)或上位機(jī)的通信 有些產(chǎn)品還具有與工廠或企業(yè)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù) 通信的功能 設(shè)計選型時應(yīng)從實際應(yīng)用的要求出發(fā) 合理選用所需的運算功能 大多數(shù)應(yīng)用場合 只需要邏輯運算和計時計數(shù)功能 有些應(yīng)用需要數(shù)據(jù)傳送和 比較 當(dāng)用于模擬量檢測和控制時 才使用代數(shù)運算 數(shù)值轉(zhuǎn)換和 PID 運算等 要顯示數(shù)據(jù)時需要譯碼和編碼等運算 二 控制功能 控制功能包括 PID 控制運算 前饋補(bǔ)償控制運算 比值控制運算等 應(yīng)根 液壓金屬打包機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計 22 據(jù)控制要求確定 PLC 主要用于順序邏輯控制 因此 大多數(shù)場合常采用單回 路或多回路控制器解決模擬量的控制 有時也采用專用的智能輸入輸出單元完 成所需的控制功能 提高 PLC 的處理速度和節(jié)省存儲器容量 例如采用 PID 控 制單元 高速計數(shù)器 帶速度補(bǔ)償?shù)哪M單元 ASC 碼轉(zhuǎn)換單元等 三 通信功能 大中型 PLC 系統(tǒng)應(yīng)支持多種現(xiàn)場總線和標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議 如 TCP IP 需要 時應(yīng)能與工廠管理網(wǎng) TCP IP 相連接 通信協(xié)議應(yīng)符合 ISO IEEE 通信標(biāo)準(zhǔn) 應(yīng)是開放的通信網(wǎng)絡(luò) PLC 系統(tǒng)的通信接口應(yīng)包括串行和并行通信接口 RS2232C 422A 423 485 RIO 通信口 工業(yè)以太網(wǎng) 常用 DCS 接口等 大 中型 PLC 通信總線 含接口設(shè)備和電纜 應(yīng) 1 1 冗余配置 通信總線應(yīng)符合國 際標(biāo)準(zhǔn) 通信距離應(yīng)滿足裝置實際要求 PLC 系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)中 上級的網(wǎng)絡(luò)通信速率應(yīng)大于 1Mbps 通信負(fù)荷不大 于 60 PLC 系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)主要形式有下列幾種形式 1 PC 為主站 多臺同 型號 PLC 為從站 組成簡易 PLC 網(wǎng)絡(luò) 2 1 臺 PLC 為主站 其他同型號 PLC 為 從站 構(gòu)成主從式 PLC 網(wǎng)絡(luò) 3 PLC 網(wǎng)絡(luò)通過特定網(wǎng)絡(luò)接口連接到大型 DCS 中 作為 DCS 的子網(wǎng) 4 專用 PLC 網(wǎng)絡(luò) 各廠商的專用 PLC 通信網(wǎng)絡(luò) 為減輕 CPU 通信任務(wù) 根據(jù)網(wǎng)絡(luò)組成的實際需要 應(yīng)選擇具有不同通信功 能的 如點對點 現(xiàn)場總線 工業(yè)以太網(wǎng) 通信處理器 四 編程功能 離線編程方式 PLC 和編程器公用一個 CPU 編程器在編程模式時 CPU 只 為編程器提供服務(wù) 不對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制 完成編程后 編程器切換到運行 模式 CPU 對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制 不能進(jìn)行編程 離線編程方式可降低系統(tǒng)成 本 但使用和調(diào)試不方便 在線編程方式 CPU 和編程器有各自的 CPU 主機(jī) CPU 負(fù)責(zé)現(xiàn)場控制 并在一個掃描周期內(nèi)與編程器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換 編程器把在 線編制的程序或數(shù)據(jù)發(fā)送到主機(jī) 下一掃描周期 主機(jī)就根據(jù)新收到的程序運 行 這種方式成本較高 但系統(tǒng)調(diào)試和操作方便 在大中型 PLC 中常采用 五種標(biāo)準(zhǔn)化編程語言 順序功能圖 SFC 梯形圖 LD 功能模塊圖 FBD 三種圖形化語言和語句表 IL 結(jié)構(gòu)文本 ST 兩種文本語言 選用 的編程語言應(yīng)遵守其標(biāo)準(zhǔn) IEC6113123 同時 還應(yīng)支持多種語言編程形式 如 C Basic 等 以滿足特殊控制場合的控制要求 五 診斷功能 PLC 的診斷功能包括硬件和軟件的診斷 硬件診斷通過硬件的邏輯判斷確 定硬件的故障位置 軟件診斷分內(nèi)診斷和外診斷 通過軟件對 PLC 內(nèi)部的性能 第四章 液壓金屬打包機(jī)的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 23 和功能進(jìn)行診斷是內(nèi)診斷 通過軟件對 PLC 的 CPU 與外部輸入輸出等部件信息 交換功能進(jìn)行診斷是外診斷 PLC 的診斷功能的強(qiáng)弱 直接影響對操作和維護(hù)人員技術(shù)能力的要求 并 影響平均維修時間 4 3 PLC 機(jī)型的選擇 4 3 1 PLC 的選擇要求 一 PLC 的類型 PLC 按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類 按應(yīng)用環(huán)境分為現(xiàn)場安裝和控制室 安裝兩類 按 CPU 字長分為 1 位 4 位 8 位 16 位 32 位 64 位等 從應(yīng)用 角度出發(fā) 通?？砂纯刂乒δ芑蜉斎胼敵鳇c數(shù)選型 整體型 PLC 的 I O 點數(shù)固定 因此用戶選擇的余地較小 用于小型控制系 統(tǒng) 模塊型 PLC 提供多種 I O 卡件或插卡 因此用戶可較合理地選擇和配置控 制系統(tǒng)的 I O 點數(shù) 功能擴(kuò)展方便靈活 一般用于大中型控制系統(tǒng) 二 輸入輸出模塊的選擇 輸入輸出模塊的選擇應(yīng)考慮與應(yīng)用要求的統(tǒng)一 例如對輸入模塊 應(yīng)考慮 信號電平 信號傳輸距離 信號隔離 信號供電方式等應(yīng)用要求 對輸出模塊 應(yīng)考慮選用的輸出模塊類型 通常繼電器輸出模塊具有價格低 使用電壓范圍 廣 壽命短 響應(yīng)時間較長等特點 可控硅輸出模塊適用于開關(guān)頻繁 電感性 低功率因數(shù)負(fù)荷場合 但價格較貴 過載能力較差 輸出模塊還有直流輸出 交流輸出和模擬量輸出等 與應(yīng)用要求應(yīng)一致 可根據(jù)應(yīng)用要求 合理選用智能型輸入輸出模塊 以便提高控制水平和降 低應(yīng)用成本 考慮是否需要擴(kuò)展機(jī)架或遠(yuǎn)程 I O 機(jī)架等 三 電源的選擇 PLC 的供電電源 除了引進(jìn)設(shè)備時同時引進(jìn) PLC 應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品說明書要求設(shè) 計和選用外 一般 PLC 的供電電源應(yīng)設(shè)計選用 220VAC 電源 與國內(nèi)電網(wǎng)電壓一 致 重要的應(yīng)用場合 應(yīng)采用不間斷電源或穩(wěn)壓電源供電 四 存儲器的選擇 由于計算機(jī)集成芯片技術(shù)的發(fā)展 存儲器的價格已下降 因此 為保證應(yīng) 用項目的正常投運 一般要求 PLC 的存儲器容量 按 256 個 I O 點至少選 8K 存 儲器選擇 需要復(fù)雜控制功能時 應(yīng)選擇容量更大 檔次更高的存儲器 五 冗余功能的選擇控制單元的冗余 1 重要的過程單元 CPU 包括存儲器 及電源均應(yīng) 1B1 冗余 液壓金屬打包機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計 24 2 在需要時也可選用 PLC 硬件與熱備軟件構(gòu)成的熱備冗余系統(tǒng) 2 重化或 3 重化冗余容錯系統(tǒng)等 六 經(jīng)濟(jì)性的考慮 選擇 PLC 時 應(yīng)考慮性能價格比 考慮經(jīng)濟(jì)性時 應(yīng)同時考慮應(yīng)用的可擴(kuò) 展性 可操作性 投入產(chǎn)出比等因素 進(jìn)行比較和兼顧 最終選出較滿意的產(chǎn) 品 輸入輸出