基于PLC处理化工行业中固体投料的一种设想.doc
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一、化工行业自动化现况及面临的一个问题
在工业生产和其他领域内，由于工作的需要，人们经常受到高温、腐蚀及有毒气体等因素的危害，增加了工人的劳动强度，甚至于危及生命。
随着工业控制的发展DCS、PLC、单片机日益得到广泛的应用，尤其在化工行业运用自动化设备后人工的劳动强度和人身安全都得到了一定的保障。
目前市面上化工行业的自控主要集中在DCS和PLC领域，而且面临着一个严峻的问题就是如何处理固体投料。
在此问题上电力行业的处理方法是将固体通过皮带传送到目的地，此方法的前提是目的地的入口必须满足传送皮带上料、卸料的要求，换句话说燃煤锅炉的入煤口和皮带传送之间需配套，而且锅炉和皮带的体积都非常大，不适合化工行业中反应釜、计量罐等容器的投料要求。
二、基于上述问题提出的一个设想
在此前提下我认为运用机械手进行投料可以完成此项工作，机械手可以再有限空间内进行抓、搬、放等动作，而且只要参数设定正确其精度也可保证，并可根据工况的变化改变运动方式中的相关参数。
具体设想如下：
机械手的所有动作均采用电控制、气压驱动。
它的上升/下降、左移/右移和左旋转/右旋转均采用双线圈双位电磁阀推动气压缸完成。
机械手的动作转换依靠限位开关来控制并且按照一定的顺序动作。
在机械手运动的过程中会安装检测灯来检测其运动的启停。
本设计所用机械部件有模拟机械手爪，电气方面有可编程控制器（PLC）、开关电源、电磁阀、等部件。
按钮发出两路脉冲到机械手驱动，控制它的前后移动由气动阀Y4控制，左右移动由气动阀Y5控制，左右旋转由气动阀Y6控制，夹紧和放松由气动阀Y7控制，另外还有启动和停止两个按钮。
机械手自动完成全部动作。
当按下启动按钮时，机械手从原点开始前进，前进到底时，碰到前限位开关，前进停止。
同时接通定时器，机械手开始上升工件，定时结束，上升完成。
机械手左旋，左旋到顶时，碰到左限位开关，左旋停止。
机械手夹紧，夹紧碰到夹紧限位开关时，夹紧停止。
机械手下降，下降到底，碰到下限位开关时，下降停止。
同时接通定时器，机械手放松工件，定时结束，工件已松开。
机械手后退，后退到顶碰到后退限位开关时，后退停止。
于是机械手动作的一个周期结束。
三、设想的原理
1．机械手在原始位置时（右旋到位）动作，按下启动按钮，机械手臂开始上升，机械手放松，机械手开始前进。
2．机械手上升到上限位置，状态开关动作，上升动作结束，机械手开始左旋。
3．机械手左旋到左限位置，状态开关动作，左旋动作结束，机械手开始抓紧。
4．机械手抓紧到抓紧位置，状态开关动作，抓紧动作结束，机械手开始右旋。
5．机械手开始右旋，状态开关动作，抓紧动作结束，机械手开始下降。
6．机械手下升到下降位置，状态开关动作，下降动作结束，机械手开始后退。
7．机械手右旋到右限位置，状态开关动作，右旋动作结束，机械手开始下降。
8．机械手后退到后退位置，机械手开始放松，一个工作循环过程完毕。
9．机械手的工作方式为：
单步。
机械手的动作顺序如下：
机械手初始位置是后退、下降、逆时针旋转均到底部，机械手成放松状态。
当按下启动按钮后，机械手开始前进，前进到底碰到限位开关，前进动作停止，机械手开始上升，上升到顶端，碰到限位开关，上升动作停止，机械手开始执行顺时针旋转动作，顺时针旋转到底，碰到限位开关，旋转动作停止，机械手开始执行夹紧动作，碰到限位开关，夹紧动作停止，机械手开始执行逆时针旋转，逆时针旋转到底，碰到限位开关，逆时针旋转动作停止，机械手开始下降，下降到底部时，碰到限位开关，下降动作停止，机械手执行后退动作，碰到限位开关，后退停止，机械手放松，此时回到初始位置，一个周期动作完成。
具体流程图如下：
四、具体步骤
1.点数分配表如下
输入
输出
器件代号
地址表
功能说明
器件代号
地址表
功能说明
开关1
0
启动按钮
SQ1
1
手臂前进移动气缸开关
JQ4
Y4
手臂左移
SQ2
2
手臂后退移动气缸开关
手臂右移
SQ3
3
手臂向下移动气缸开关
JQ5
Y5
手臂上升
SQ4
4
手臂向上移动气缸开关
手臂下降
SQ5
5
手臂顺时针旋转气缸开关
JQ6
Y6
逆时针旋转
SQ6
6
手臂逆时针旋转气缸开关
顺时针旋转
SQ7
7
机械手放松气缸开关
JQ7
Y7
夹紧
SQ8
10
机械手夹紧气缸开关
放松
开关2
11
停止按钮
2.接线图如下：
X1Y4
X2
X3Y5
X4
X5Y6
X6
X7Y7
X10
X0地址表
COM1
X11COM2
24V
KA4
KA5
KA6
KA7
P
L
C
前进
后退
上升
下降
左旋
右旋
加紧
放松
启动
停止
3.梯形图如下：
4.指令表如下：
0 LD X001；后退限位
1 AND X003；下限位
2 AND X006；逆时针旋转限位
3 AND X007；放松状态
4 OUT M10
5 LDI M1
6 ANI M2
7 ANI M3
8 ANI M4
9 ANI M5
10 ANI M6
11 ANI M7
12 ANI M8
13 OUT M11
14 LD M11
15 AND M10
16 OR M8
17 OUT M0；初始化
18 LD M0
19 AND X000
20 LD M1
21 AND T0；启动
22 ORB
23 LD M2
24 AND X002；前进限位行程开关
25 AND T1
26 ORB
27 LD M3
28 AND X004；上限位行程开关
29 AND T2
30 ORB
31 LD M4
32 AND X005；顺时针旋转行程开关
33 AND T3
34 ORB
35 LD M5
36 AND X010；夹紧行程开关
37 AND T4
38 ORB
39 LD M6
40 AND X006；逆时针旋转行程开关
41 AND T5
42 ORB
43 LD M7
44 AND X003；下限位行程开关
45 AND T6
46 ORB
47 LD M8
48 AND X007；放松行程开关
49 AND T7
50 ORB
51 OR T7；循环
52SFTLM0M1K8K1；移位K8指定bit元件长指定移位bit数
61 LD M1
62 SET Y004 ；前进
63 OUT T0K50 ；计时5秒
66 LD M2
67 SET Y005 ；上升
68 OUT T1K50；计时5秒
71 LD M3
72 SET Y006；顺时针旋转
73OUTT2K50；计时5秒
76 LD M4
77 SET Y007；夹紧
78 OUT T3K50；计时5秒
81 LD M5
82 RST Y006；逆时针旋转
83 OUT T4K50；计时5秒
86 LD M6
87 RSTY005；下降
88 OUT T5K50；计时5秒
91 LD M7
92 RSTY004；后退
93 OUT T3K50；计时5秒
96LDM8
97RSTY007；放松
98 OUT T4K50；计时5秒
101 LDX011
102 ZRSTM0M8
107 ZRSTY004Y007
112 END
5.调试步骤
1.对于比较复杂的控制系统，需要绘制系统流程图，用以清楚的表明动作的顺序和条件。
2.设计梯形图。
这是程序设计的关键一步，也是比较困难的一步。
要设计好梯形图，首先要十分熟悉控制要求，同时还要有一定的电气设计的实践经验。
3.将程序输入到PLC的用户存储器，并查找程序是否正确。
4.对程序进行调试和修改，直到满足要求为止。
6.调试过程中注意事项
1.数据线与计算机的接口必须要与软件的端口设置保持匹配，否则运行会产生通信错误的问题。
本设计中采用的是COM4端口。
2.连接PLC上的输入输出端口对应的动作必须与程序中的输入输出点的定义保动作持一致，本设计中输入端口X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X10分别定义为前进、后退、下移、上移、顺时针旋转、逆时针旋转、放松、夹紧的动作，X0为启动按钮，X11为停止按钮。
输出端JQ4、JQ5、JQ6、JQ7分别代表机械手左/右移、上/下移、顺时针/逆时针旋转、夹/放物的动作。
3.连接PLC时，要清楚PLC的供电电压是多少伏，如果实际电压小于供电电压则不能运行，PLC上的Power灯就不会亮；如果实际电压大于供电电压，则PLC有可能会被烧坏。
4.端口接线一定要牢固。
五、总结
1.化工行业的生产现场千变万化具体工艺需要具体分析其控制方式，没有一种方案能适用于所有工艺，这就需要工控人努力掌握本行业中各种产品的具体参数。
2.我的这个设想受很多条件的限制，个人认为还很不成熟，比如说处理粉剂物料就无法完成，在正常生产中会遇到袋装、桶装的物料，此方法依然无法处理，但是处理袋装物料是我认为可以假装一个导轨，导轨上带一个刀片，当机械手把物料抓到投料口时刀片沿着导轨运动划破袋子，同时下料口设置卸料漏斗，物料沿着漏斗进入容器，机械手再把袋子放到指定的地方，这个想法还有待进一步优化，有时间了写出来和大家一起分享。
希望行业内高手多多指教。
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