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0引言
中國某石油化工公司2008年新上一套硫磺全自動(dòng)稱重包裝碼垛生產(chǎn)線，經(jīng)過一年多的運(yùn)行，效果良好。該生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)包括除塵控制系統(tǒng)、稱重包裝控制系統(tǒng)和碼垛輸送控制系統(tǒng)。
1系統(tǒng)組成
碼垛控制系統(tǒng)由觸模式人機(jī)界面、PLC、檢測(cè)元件、操作界面、控制元件、執(zhí)行元件等組成，如圖1所示。

各組成部分的作用如下：
a）觸摸式人機(jī)界面作為操作人員與設(shè)備之間的交互平臺(tái)，接收來自操作人員的操作指令并指示設(shè)備的工作狀態(tài)。
b）檢測(cè)元件檢測(cè)料袋的有、無、位置/位移狀態(tài)以及機(jī)械各部分和運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)作狀態(tài)。
c）PLC是碼垛控制系統(tǒng)的控制中心。PLC自動(dòng)循環(huán)掃描各個(gè)輸入輸出點(diǎn)的當(dāng)前狀態(tài)，并根據(jù)程序所確定的邏輯關(guān)系刷新輸出點(diǎn)的狀態(tài)，通過交流接觸器和電磁閥來控制電機(jī)的啟停和揀選氣缸的動(dòng)作，從而完成碼垛工藝流程的自動(dòng)控制。
d）該系統(tǒng)所使用的控制元件有：變頻器、交流接觸器和電磁換向閥。交流接觸器和電磁換向閥的控制線圈與PLC輸出點(diǎn)相連。當(dāng)其控制線圈得電，則接觸器的觸點(diǎn)接通，為電機(jī)供電，驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。電磁換向閥用于切換氣缸缸桿的伸縮狀態(tài),從而帶動(dòng)相應(yīng)的機(jī)構(gòu)動(dòng)作，完成相應(yīng)的操作；變頻器控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。
2單元配置
a）電源部分。現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)力電源（380VAC,H相五線制）進(jìn)入控制柜后，經(jīng)接線端子變徑后至漏電保護(hù)開關(guān)。漏電保護(hù)開關(guān)提供對(duì)操作人員及設(shè)備的安全保護(hù)，當(dāng)發(fā)生由于電機(jī)絕緣破壞或其他原因造成的漏電事故時(shí)，漏電保護(hù)開關(guān)可以迅速產(chǎn)生斷開動(dòng)作，切斷主電源，避免人身傷害事故的發(fā)生。機(jī)組的每個(gè)電機(jī)均有單獨(dú)的電機(jī)保護(hù)斷路器對(duì)其進(jìn)行保護(hù),從而保證了電機(jī)的安全運(yùn)行，并且便于在發(fā)生故障的情況下查找故障點(diǎn)。
b）PLC。碼垛主控系統(tǒng)的PLC配置包括電源模塊1個(gè)；CPU模塊1個(gè)（帶MPI接口和Profibus接口）；16點(diǎn)/公共端的24V直流輸入通道4個(gè),16點(diǎn)/公共端的繼電器輸出通道4個(gè)。
c）變頻器。該控制系統(tǒng)采用4臺(tái)變頻器，分別用于轉(zhuǎn)位電機(jī)、推袋電機(jī)、分層電機(jī)和升降電機(jī)及垛盤輸送電機(jī)的速度控制。變頻器的工作方式、預(yù)置速度、加減速時(shí)間等參數(shù)可通過變頻器遠(yuǎn)程終端進(jìn)行設(shè)置。
d）觸摸屏。操作界面上配置觸摸屏.具有操作簡(jiǎn)單、顯示直觀的特點(diǎn)，可直接觸動(dòng)屏幕進(jìn)行操作。觸摸屏內(nèi)置通用端口，可通過串行通信電纜直接與計(jì)算機(jī)及其他含有通用端口的設(shè)備實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。
3工作原理
系統(tǒng)流程包括：壓平整形緩?fù)＞幗M；轉(zhuǎn)位編組;推袋機(jī)和緩沖機(jī);升降機(jī)、分層小車、分層小車和整形機(jī)構(gòu);托盤倉、托盤輸送、垛盤輸送五部分,工作原理分述如下。
3.1壓平整形緩?fù)＞幗M
壓平整形機(jī)和緩?fù)］斔蜋C(jī)用于實(shí)現(xiàn)料袋的壓平和由低位到高位的輸送，并且在轉(zhuǎn)位輸送機(jī)忙時(shí)可起到緩?fù)５淖饔茫鐖D2所示。在自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)下，當(dāng)緩?fù)］斔蜋C(jī)出口處沒有料袋時(shí)，位置檢測(cè)開關(guān)SG|為ON,相應(yīng)的3個(gè)交流接觸器閉合，電機(jī)啟動(dòng),將包裝機(jī)送來的料袋進(jìn)行壓平和向髙位輸送；當(dāng)料袋到達(dá)壓平整形機(jī)出口處時(shí)，若緩?fù)］斔蜋C(jī)上也有1個(gè)料袋，則壓平整形機(jī)接觸器斷開，壓平整形機(jī)暫停，直到料袋離開緩?fù)］斔蜋C(jī)；當(dāng)料袋到達(dá)緩?fù)］斔蜋C(jī)出口處時(shí)，若轉(zhuǎn)位機(jī)正在對(duì)料袋進(jìn)行±90°或±180°轉(zhuǎn)位操作，則緩?fù)］斔蜋C(jī)接觸器斷開，緩?fù)］斔蜋C(jī)暫停，直到轉(zhuǎn)位輸送機(jī)把已轉(zhuǎn)好位的料袋送走。

3.2轉(zhuǎn)位和編組
3.2.1轉(zhuǎn)位
轉(zhuǎn)位輸送機(jī)由接觸器控制的電機(jī)驅(qū)動(dòng)主動(dòng)輾帶動(dòng)輸送帶、轉(zhuǎn)位裝置由變頻器控制轉(zhuǎn)位電機(jī)以及電磁閥控制的轉(zhuǎn)位氣缸帶動(dòng)轉(zhuǎn)位夾板組成。轉(zhuǎn)位輸送機(jī)具有輸送和轉(zhuǎn)位兩個(gè)功能，如圖3所示。

該系統(tǒng)袋號(hào)定義如圖4所示。當(dāng)需要轉(zhuǎn)位的料袋（如圖4的02,03,04,05,06,07,08和10號(hào)袋）到達(dá)轉(zhuǎn)位到位光電開關(guān)SG2處時(shí)，此開關(guān)轉(zhuǎn)為ON,轉(zhuǎn)位夾板電磁閥得電，夾板氣缸缸桿伸出，帶動(dòng)夾板動(dòng)作，將料袋夾住，同時(shí)輸送帶停止,轉(zhuǎn)位電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)位夾板按需要進(jìn)行士90°或士180°的轉(zhuǎn)位，當(dāng)轉(zhuǎn)位電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)位夾板正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)到位時(shí)，轉(zhuǎn)位夾板定位接近開關(guān)向PLC發(fā)岀定位完成信號(hào),SG。為OFF,轉(zhuǎn)位夾板電磁閥失電，夾板氣紅缸桿縮回，帶動(dòng)夾板抬起。PLC根據(jù)編組機(jī)上的編組信號(hào)決定是否啟動(dòng)轉(zhuǎn)位輸送機(jī)輸送料袋。如果編組機(jī)滿，則輸送機(jī)不啟動(dòng)，否則輸送機(jī)啟動(dòng)，將料袋輸送給編組機(jī)。
3.2.2編組
編組機(jī)的動(dòng)力回路由斷路器、接觸器和編組電機(jī)構(gòu)成，編組機(jī)工作原理如圖5所示。其功能是完成對(duì)料袋的編組，如圖4所示,01,02號(hào)袋編為1組；03,04,05號(hào)袋編為1組，以此類推，10袋為1個(gè)循環(huán)，箭頭方向?yàn)橥拼鼨C(jī)前進(jìn)的方向。編組機(jī)的啟停由兩個(gè)光電開關(guān)SG,和SG-控制，對(duì)于啟動(dòng)只有一種情況，即當(dāng)由轉(zhuǎn)位輸送機(jī)送來的料袋擋住編組傳送SG,時(shí)，接觸器就吸合,編組機(jī)啟動(dòng)；而對(duì)于停止則有三種情況：若轉(zhuǎn)位輸送機(jī)送來的是每1組的第1袋，即圖4所示的01,03,06和09號(hào)袋，則當(dāng)該袋剛一離開編組傳送SG,,則光電開關(guān)對(duì)應(yīng)的PLC輸入點(diǎn)由ON變?yōu)镺FF,接觸器就斷開，編組機(jī)停止；若轉(zhuǎn)位輸送機(jī)送來的是圖4所示的02,05,08,10號(hào)袋，則當(dāng)該袋離開編組傳送毆后再延時(shí)一會(huì)兒，使料袋到達(dá)編組機(jī)的盡頭，編組機(jī)才停止。編組機(jī)每編好1組就由推袋機(jī)推走。

3.3推袋機(jī)和緩沖機(jī)
推袋機(jī)的功能是將一層5個(gè)料袋分兩次推到緩沖機(jī)上。當(dāng)編組機(jī)將料袋編好組后，PLC便將變頻器正向啟動(dòng)端置位，同時(shí)使控制推板放下的電磁閥得電，使推板放下，并通過變頻器速度選擇端選擇速度，啟動(dòng)推袋機(jī)向前推袋。當(dāng)推袋機(jī)高速向前運(yùn)行到達(dá)推袋前減速位時(shí)，推袋機(jī)低速向前運(yùn)行；當(dāng)?shù)竭_(dá)推袋前位（編組機(jī)與升降機(jī)之間的緩沖機(jī)，此時(shí)推袋中位接近開關(guān)為ON）時(shí)，則推袋機(jī)高速返回，同時(shí)控制推板抬起的電磁閥失電，使推板抬起，推板開位接近開關(guān)為ON,當(dāng)推袋機(jī)返回到推袋后位減速位時(shí)（推袋后位減速接近開關(guān)為ON）,推袋機(jī)變頻器使推袋機(jī)變?yōu)榈退龠\(yùn)行，繼續(xù)返回，當(dāng)返回到推袋后位時(shí)（推袋后位接近開關(guān)為ON）,PLC使變頻器停止，推袋機(jī)停止。
緩沖機(jī)的動(dòng)力回路由斷路器、接觸器和電機(jī)構(gòu)成。它的功能是作為。1、02號(hào)袋和06,07.08號(hào)袋的緩?fù)^(qū)，并且料袋滿一層后經(jīng)緩沖機(jī)輸送到分層小車上。
3.4升降機(jī)和分層小車
分層電機(jī)和升降電機(jī)各用1個(gè)變頻器,它們的啟停、速度、開合方向由PLC通過變頻器進(jìn)行控制。動(dòng)力部分由斷路器、變頻器和電機(jī)構(gòu)成，且電機(jī)為制動(dòng)電機(jī)，其制動(dòng)器的電源由電機(jī)接觸器提供。推袋小車推上分層皮帶的一層料袋由分層機(jī)將其放置在垛盤輸送機(jī)的托盤（垛盤）上。分層電機(jī)帶有制動(dòng)器，分層機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí)制動(dòng)器通電釋放，停止時(shí)制動(dòng)器斷電制動(dòng)。制動(dòng)器的電源通斷由PLC通過控制接觸器的通斷來實(shí)現(xiàn)。
分層機(jī)的位置通過接近開關(guān)進(jìn)行檢測(cè)，在分層機(jī)框架上共有4個(gè)接近開關(guān)，分別是分層機(jī)前位、分層機(jī)前減速、分層機(jī)回減速和分層機(jī)回位。分層機(jī)上的料袋是否到位通過光電開關(guān)進(jìn)行檢測(cè)，該光電開關(guān)位于分層機(jī)框架中部，稱為分層機(jī)滿光電開關(guān)。碼垛機(jī)進(jìn)入自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，當(dāng)一層5個(gè)料袋經(jīng)緩沖機(jī)和分層皮帶的輸送到達(dá)分層機(jī)后，分層機(jī)滿光電開關(guān)為ON。
如果PLC檢測(cè)到碼垛減速光電為OFF狀態(tài)，則升降變頻器升降電機(jī)接觸器得電，升降機(jī)正向低速上升，直到升降碼垛位光電為OFF狀態(tài)，則升降變頻器升降電機(jī)接觸器失電，升降機(jī)停止。
升降機(jī)上升停止后，PLC使分層變頻器分層電機(jī)接觸器得電，分層機(jī)以預(yù)置速度正向高速啟動(dòng)，直到PLC檢測(cè)到分層前減速接近開關(guān)為ON狀態(tài)，則分層機(jī)以預(yù)置速度正向低速向前，當(dāng)PLC檢測(cè)到分層前位接近開關(guān)為ON狀態(tài)后，分層電機(jī)接觸器失電，分層機(jī)停止。
分層機(jī)回到分層回位后，PLC使升降變頻器升降電機(jī)接觸器得電，升降機(jī)以預(yù)置速度反向高速啟動(dòng)，直到減速接近開關(guān)為ON狀態(tài)，則升降機(jī)以預(yù)置速度反向低速下降，當(dāng)PLC檢測(cè)到升降初始位接近開關(guān)為ON狀態(tài)后，反轉(zhuǎn)控制端升降電機(jī)接觸器失電，升降機(jī)停止。完成一個(gè)動(dòng)作循環(huán)。
4日常故障處理及應(yīng)用
a）編組機(jī)動(dòng)作超時(shí)。由于電機(jī)軸斷裂、皮帶斷裂、電機(jī)線斷裂、電機(jī)制動(dòng)器損壞、控制電機(jī)的交流接觸器損壞等，造成編組機(jī)入口處的編組傳送兩個(gè)光電開關(guān)sg7,sg8沒有正常工作；進(jìn)入編組機(jī)的料袋有位置偏差過大的情況，此時(shí)如果長(zhǎng)時(shí)間沒有離開上述兩個(gè)光電開關(guān)（或其中1個(gè)），導(dǎo)致編組機(jī)始終運(yùn)轉(zhuǎn)，不能自動(dòng)停止。
b）轉(zhuǎn)位機(jī)夾板不動(dòng)作。轉(zhuǎn)位夾板的電磁閥故障;袋數(shù)預(yù)置不正確（奇數(shù)層3~2編組，共5袋;偶數(shù)層2?3編組，共5袋)。
5結(jié)束語
該硫磺包裝線自投運(yùn)以來，維護(hù)人員經(jīng)過反復(fù)摸索，對(duì)碼垛工藝流程及控制系統(tǒng)有了較為深入的了解，對(duì)及時(shí)排除各類故障起到?jīng)Q定性作用，也可供各類包裝線維護(hù)人員參考。

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