自动装出料机电气控制系统技术方案书

装出料机电气控制系统

技术方案

摘要：装出料机可手动或者自动完成装料，装炉，出炉，淬（回）火，卸料工序；电气控制系统与上位机的数据交互功能；上位机对装出料

机进行远程控制功能；上位机记录电气控制系统的报警信息功能；

2台装出料机间的安全互锁控制功能；利用多重控制策略对大小车

控制以求达到最佳的运行稳定性；大车，小车驱动系统由变频器进

行控制。

关键词：手动控制，自动控制，远程控制，历史数据记录，报警记录，安全控制，最优控制，自适应控制，PID闭环控制。

1 控制方案

1.1控制目标

装出料机在室式燃气热处理生产线中处于十分重要的位置，它不仅要给热处理炉提供可靠、及时的装料和卸料，还同时要保证热处理工艺的连续、准确完成。

装料机的短时间中断都会给整个生产流程带来严重的损失。

因此，必须把电气控制系统的可靠性、稳定性放在设计方案的首位。一个稳定、可靠的电气控制系统由硬件、软件两方面组成。硬件的可靠性体现在关键元器件的使用寿命上，软件的可靠性体现在PLC控制程序的编写合理性上，硬件与软件相互结合才能达到整个系统的稳定、可靠。

室式燃气热处理生产线配备2台装出料车，一台车备用，一台车常用，备用车辆停在安全区域。在特殊情况下也可以两台调试使用。

2台装出料车的电气控制采用激光通信模块进行通信，抗光污染的干扰，性能稳定，可靠。

每台装出料机均配置独立的PLC电气控制系统，并通过现场总线网络与总控制系统连接及互锁；大车与小车的驱动系统由电机带减速机控制，电机采用西门子变频控制，通过盘式刹车装置进行刹车，带有安全定位销系统。

2台装料车之间有运行安全互锁控制单元；

装料车与热处理炉炉门之间有安全互锁控制单元。

1.2 控制概述

1.2.1 控制流程

装出料机从装料台叉取实料盘后，按规定要求沿轨道行走到指定炉前并把实料盘准确送入炉内，炉子按设定的加热工艺程序进行自动运行，待到工件加

热完成以后，装出料机从炉内叉取实料盘后，按规定要求沿轨道行走到指定冷

却液池上按设定淬（回）火工艺进行淬（回）火。装出料机把完成所有工序的

实料盘送到卸料台上。

1.2.2 控制策略

装料车大车，小车，料叉的液压速度控制系统为整个装出料车电气控制系

统的核心。重载的大车，小车由高速运行切换到低速运行并实现精确停车是电气控制系统的关键所在，并对热处理炉工件的装料、卸料工序，淬（回）火工序有着重要影响。

因此采用最优控制，自适应控制，PID控制等多重控制策略相结合的方法对液压速度系统进行控制。

1.2.2.1 最优控制

最优控制是现代自动化控制理论的核心，在满足一定约束条件下，寻求最优控制策略，使得性能指标取得最合理的数值。

使控制系统的性能指标实现最优化的基本条件和综合方法，可概括为：对一个受控的运动过程，从一类允许的控制方案中找出一个最优的控制方案，使

系统的运动在由某个初始状态转移到指定的目标状态的同时，其性能指标值为

最优。

1.2.2.2 自适应控制

不论外界发生巨大变化或系统产生不确定性，控制系统能自行调整参数或产生控制作用，使系统仍能按某一性能指标运行在最佳状态的一种控制方法。

1.2.2.3 PID控制

PID控制是工业自动化系统中应用广泛的的一种控制方式，PID控制适用于需要进行高精度控制的系统，可根据被控对象演算出最佳PID控制参数，达到

最佳的变频器输出曲线，实现大车、小车的平稳停车。

2 硬件系统

2.1 电气系统

a 装出料车电源由安装在地沟里的安全封闭式滑出线提供，确保用电安全。

b 电气控制系统配备接地安全系统。

c 电气控制系统良好的抗干扰性。

d 操作室设紧急停车按钮。

e 低压配电系统采用西门子品牌元器件。

2.2 PLC控制系统

PLC选用西门子S7-300系列，触摸屏选用西门子TP系列，每台装出料车成独立电气控制系统，1号与2号车通过激光通信模块进行无线通信，不受现场光

污染干扰，性能稳定，可靠。1号车系统通过Profibus-D现场总线与总控制系统进行组态，并进行实时的交互数据处理。

2.3 传感器系统

a在导轨的两端安装双保险重载型限位开关，保证装出料车不会冲出轨道两端及发生碰撞危险。

b在每台热处理的导轨相对位置安装四只高性能接近开关，用于大车运行过程中的减速，停止以及定位销的安全保护。

c 限位开关，光电开关，接近开关都选用欧姆龙品牌的产品。

2.4 安全系统

a为防止两车碰撞发生危险，在每台装出料车的相对一侧安装2只探测距离不同的光电开关，用于控制两车靠近时的减速及停止。在光电开关发射器上安装防护罩，并选用具有抗光源污染的激光式光电开关，防止现场光污染造成的误动作。

b在小车的前端安装限位开关机构，用于检测热处理炉炉门的开合状态，保证在炉门没有打开的情况下，小车不会前进进入炉内装料。

c在料叉液压系统上面安装压力检测装置，用于检测料叉上工件的重量，当工件重量超过料叉载重时，系统开始报警，防止因工件超载引起的料叉变形，损坏。

d为了保证操作人员的人生安全，在控制系统内部设置漏电保护单元。

3软件系统

手动程序，自动程序，上位机控制系统可以实行无缝切换。

为了保证操作的安全性，大车、小车、料叉的动作程序采用SFC顺序控制指令编写，此指令的特点是上面一个动作没有完成，下面一个动作就不可以执行，此顺序控制程序贯穿整个程序系统，不论在手动状态下、自动状态下、上位机控制状态下都起到保护作用。

3.1 手动程序

操作员在操作室内通过操作手柄控制大车行走，小车行走、升降动作和卡固