自动上料装置PLC改造研究

凌黎明　郑法明

【摘 要】随着工业的不断发展，自动化生产模式逐渐推广普及，相较于人工生产，自动化生产的效率更高。上料装置是自动化生产中比较常见的一类机械设备，随着生产规模的增大，传统上料装置的许多问题都暴露出来，例如效率低、耗能高等。针对以上问题，文章将探讨基于PLC的自动上料装置的改造。

【关键词】自动上料装置;PLC;改造

【中图分类号】TH237.1 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2020）07-0066-02

0 引言

我国现代工业生产作业中，人工上料和下料的情况基本已经消失。工业化生产水平的提高体现在诸多方面，例如生产组织体系的严密化、生产自动化的普及等。与人工上料相比，自动上料可以大幅度提高生产效率，同时使生产消耗大幅度下降。基于PLC的上料装置进一步简化了操作工艺，提高了生产安全水平，减少了人力资源的投入。

1 PLC技术及上料装置介绍

1.1 PLC技术的含义和特点

PLC是Programmable Logic Controller的缩写，根据国际电工委员会给出的定义，PLC即可编程控制器，是一种专门为工业环境下应用而设计的数字运算电子系统，它通过可编程存储器中所储存的一系列逻辑运算、顺序控制、定时、算数运算等操作控制实现数字式、模拟式的输入和输出，可以用于不同类型机械加工和生产过程的控制。

PLC的主要构成部件包括电源、中央处理单元、存储器、输入单元及输出单元等部分。中央处理单元包含控制器、运算器及寄存器3个部分，其作用是处理和运行程序，涉及逻辑和数学运算。存储器的作用是存放系统程序、用户程序、逻辑变量及其他信息。其中，系统程序是PLC各种控制功能的载体，一般由PLC厂家编写，并固化到只读存储器中，用户通常不能访问。输入单元是PLC和被控制设备相连的输入接口，负责接收主令元件和检测元件传输的信号，是设备与PLC沟通的桥梁。输出单元的作用是将PLC的输出信号传输给被控制设备，驱动被控设备的执行元件。

借助PLC技术可以基于工业相关数据进行模拟和编程，从而实现工业环境安全性及工业生产效率的提高。在实际应用的过程中，PLC技术多采用继电器梯形图指令达成各项操作，所使用的编程语言十分基础。与传统的技术形式相比，PLC技术在可靠性方面更胜一筹，同时能耗明显降低。除此之外，PLC技术还具有较强的通用性和灵活性，可以利用多种软件对不同的任务进行控制，这是其能够获得广泛推广应用的主要原因。PLC技术之所以具有显著的可靠性和安全性，在于技术应用过程中所表现出的自我诊断功能，它能够对系统运行中出现的问题进行诊断和应对解决，并防止此类故障的再次发生，这使得PLC技术可以适应多种多样的环境，基本上在任何工业环境下都可以发挥出良好的效果。近年来，科学技术的持续发展推动了电子自动化控制的不断改革，现代化信息技术基本上已经渗透到社会发展的方方面面，在电气自动化领域，PLC技术是信息化技术应用的一个典型代表。

在自动上料装置中，PLC技术可以用于装置系统动作程序和过程参数的控制，其中使用到的数字定时器的功能，比过去的时间继电器及中间继电器更加强大。在系统运行过程中，位移传感器可以实现动作程序和过程程序的灵敏切换，同时可以兼顾比例压力和比例流量的控制。PLC技术所采用的程序存储模式具有较高的灵活性，不仅结构小巧、反应灵敏，程序的更改也十分方便。工作人员可以通操作键盘直接完成工业参数的修改，提高了生产作业的精确度。

1.2 自动上料装置

在工业生产中，自动上料装置取代人工完成上料工作，一方面可以缩短生产作业对原材料需求的供应时间，另一方面可以最大限度地减少生产过程中人为因素的干扰，提高系统运行的安全性。过去，在一些生产规模较大的企业中，处于不同工作区域的工作人员往往需要通过电话进行联系和配合，否则很容易出现脱节现象;而采用自动上、下料装置则可以将整个生产流程进行整合，由专业人员进行统一操作，这样不仅可以减少人力资源消耗，还可以提高生产效率。为了保障上料和生产作业的有效衔接，自动化上料控制系统必须满足以下条件：第一，对物料进行准确的计量，同时根据实际情况对误差进行补偿。在工业生产配料中，一些机械设备在运行中可能会出现性能变化，物料本身也可能出現理化性质的变化，这些都会造成称量的误差，需要控制系统自动找回误差。第二，必须根据生产工艺的要求控制装置自动完成顺序上料。第三，对工业生产数据及控制参数进行打印和记录。第四，对系统的工作情况进行检测并显示在屏幕上。若是在生产中出现外部机械故障，必须立即发出警报和故障处理信号。

2 基于PLC的自动上料装置改造研究

将PLC应用于自动上料装置中，则装置的所有操作都需要通过PLC进行控制。根据一般思路，在自动上料装置运行的过程中，工件的检测可以通过光电传感器实现，而位置控制则采用行程开关。

在当前工业生产中，自动上料装置主要由储料罐、上料罐、电器控制箱、物料管、气流管、吸料泵等部件构成。在装置运行的过程中，上料通过转盘转动，利用摩擦力的效果，使工件达到离心运动的状态，实现送料。在装置启动后，若出现上料罐中物料高度不足的现象，闸门会自动关闭。吸料泵的作用是将上料罐抽空，使物料在压强差的作用下顺着物料管从储料罐进入到上料罐中，之后物料的重力会将闸门冲开，掉落到上料罐的底部，而闸门则会在磁力的作用下重新关上。自动上料装置在运行的过程中将不断重复上述程序，直至上料罐中的物料满足要求。

在进行改造设计的过程中，想要使自动上料装置能够顺利出料，应对转盘进行改造，以往的很多设计采用的都是中间高周边低的模式，目的是利用重力的分力作用控制送料的速度，以此保障物料的正常运输。图1所示为自动上料装置运行的主要流程。

在引入PLC对自动上料装置进行改造时，需要关注的内容主要有以下几项。

第一，PLC控制的自动上料设备气动控制系统设计。这项设计的关键点在于气缸的选择，气缸在工作时主要是利用磁铁换向阀控制活塞的工作流程。最好选择质量较轻、结构较简单的双作用气缸，这样可以根据实际需求进行灵活的改造。

第二，PLC控制自动上料设备电气系统结构设计。自动上料装置运行过程中，电机转速的控制至关重要，因此上料过快或过慢都会对装置产生不利影响，且威胁到生产作业的正常开展。对此，可以将变频器应用到电机控制中，选择质量好、功能性能稳定的PLC，实现规律、高效的自动上料过程。

第三，PLC控制的自动上料设备机械系统结构设计。上文提到，自动上料装置在上料时需要通过转盘转动产生的摩擦力使工件达到离心运动状态，以实现送料的目的。基于这一原理，为了确保装置能够正常出料，可以将转盘设计为中间凸起、周边凹陷的样式。还需注意的一点是，物料的形态多种多样，对于一些粉状的物料，需要注意其颗粒之间的空隙大小及其宏观重度，空隙率影响着颗粒物料自身重度和宏观重度二者之间的差值，而孔隙率的大小则有着许多影响因素，如物料形状、尺寸等。这就需要设计人员对物料的体积与质量进行精准的转换运算，据此完成自动上料装置的机械系统的设计。

基于PLC技术的自动上料装置的改造设计完成后，将通过PLC程序电子系统对装置的运行进行控制，实现生产的全自动化，这样就可以节省人力资源，将更多的人才投入到高技术含量岗位，实现整体生产水平的提升。在实际生产中，PLC控制载体的应用可以使自动上料装置有序、高效地完成送料。

3 结语

综上所述，在工业化不断深入的背景下，在工业生产中应用自动上料装置可以为企业创造更多的效益，而引入PLC技术对自动上料装置进行改造设计之后，可以实现对装置运行的更精准控制，使上料、送料更好地配合生产作业的开展，提高生产效率。随着科学技术的发展，将会有越来越多先进技术涌现，也会为自动化生产注入更大的活力。

参 考 文 献

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