20kg铝锭铸造机自动堆垛系统改进

    山东铝业股份有限公司电解铝厂的20kg连续铸造机于1985年从抚顺铝厂购进，主要用于20kg铝锭的连续自动堆垛，设计能力为15t／h。其主要工作流程为：高温铝水从熔炼炉流到铸模中，随着铸造机的运转向前移动的同时进行自然冷却，到达水槽附近时依靠铸模与金属物件的撞击，铝锭从铸模中弹出而落入水槽中。随拉锭气缸向前移动的同时经循环水冷却；冷却后，由系统自动堆垛。堆垛过程中，每5块铝锭为一层，同层铝锭的上下朝向方向依次交叉，通过提升气缸和翻锭气缸控制铝锭朝向的调整。铝锭层与层之间的叠放方向依次交叉。堆放到设定高度后，由叉车运走。
　　原自动控制系统选用F－30系列PLC作为控制器，限位开关全部为撞击式机械限位开关。由于设计及编程方面存在问题，经过几年的运行，系统暴露出许多问题。 
　　①限位开关故障率高，经常被撞坏；且经常误发信号。系统中，铝锭从铸模中脱出是依靠金属撞击产生的弹力，其撞击而产生的震动，足以使机械限位开关的接点误动作。 

　　②系统经常误动作，严重时会因误动作而导致设备事故。如机械爪放完铝锭上升过程中，若上升限位开关误动作，则会使小车在高度不够的情况下向左移动，造成机械爪与平台相撞，二者俱损。 

　　③机械爪抓锭不可靠，造成系统混乱，加大操作工作的工作量。系统磨损严重，特别是各限位开关和机械爪，几乎每周需检修一次，检修量大，而且降低了设备运转率。 

　　针对系统存在的问题，公司2002年对影响系统运行的一些部分进行了改进。
　一、电控系统的改进 
　　20kg铝锭连续铸造机电气控制系统和改进，采用了当前较流行的CPMIA可编程作为控制器，选择基本单元CPM1A－40CDR－A作为CPU单元，其I／O点数为24／16，输出为继电器输出。选用CPM1A－20EDR扩展单元以满足系统设计的要求，此扩展单元的I／O点数为12／8，采用继电器输出。 
　　限位开关采用非接触式的光电开关和接近开关，动作更加准确。编程中结合生产的实际情况，充分考虑到各种非正常因素，使系统运行更加稳定、可靠和安全。

　　为了安全起见，机械爪升降电机的控制回路增加了上升限位开关。上升限位采用机械开关相对比较可靠，因为只有事故情况下上升限位开关才动作，动作次数很少，若采用电子开关，则存在寿命影响可靠性的问题。其他开关的选用，可以根据现场空间大小，20～30cm型光电开关或TL－N10ME124V2～3cm型接近开关均可。

　　PLC的输出动作由中间继电器做为隔离，以免外界故障（如串入高电压等）引起PLC损坏，同时方便检修，可根据相应继电器是否动作判断故障点，以缩小寻找范围。 
　　为了方便现场调度和应急处理，还设置了手动／停止／自控控制选择功能，手动／自动之间的转换通过主令开关实现。

　　二、改进的主要特点 
　　①虽然采用气缸抓锭动作比较可靠，但实际中由于受各种因素影响，如铸出铝锭的大小由人工控制，所以每块铝锭的尺寸不可能完全相同；因机械机构磨损等原因造成5块铝锭排列不是很规则等，偶尔会出现抓锭混乱现象。此时可以按下相应的按钮，给控制程序输入信号，机械爪的升降动作被程序中的软开关自动断开，操作人员即可按相应的按钮进行人工调整。 
　　②改造前的机械爪在放下铝锭上升到足够高度、左行回程准备进行下一个循环的过程中，因编程及限位开关误抖动等原因，出现机械爪没有上升到设定高度而左行回程、与平台相撞的情况。本次改造在控制程序中采取了相应的保护措施，在机械爪左行或右行过程中，系统将自动进行调整，提升机械爪的高度，以避免与平台相撞。

　　③对各限位开关的输入信号都进行了消除“抖动”的处理，于每个限位开关输入到可编程控制器中的信号，根据实际情况分别加入了0.5～1s的延时时间，避免因限位开关误动作而使系统出现混乱。而且编程采用“状态”方式，即机械爪的每步动作均作为一种状态，每种状态的转换只受一个输入信号的控制，从而大大加强了系统控制的可靠性。限位开关的工作电源不采用PLC本身的DC24电源，而是采用外加电源，这样可以避免因功耗大而烧坏PLC。 
　　5推、拉、提、接、翻、抓锭、转向、小车气缸的动作可进行手动、停止、自动控制，使用方便灵活。主令开关打至“中间位”时为断开状态，手动、自动都不能控制。

　　⑤机械爪是否转向，可由人工随时进行调整。 
　　⑥各动作时序的配合，全部由程序控制，配合、可靠。

　　改进前，操作工人不但工作量大，而且设备的实际产能仅为设计能力的1／3。改进后，操作工人由3人减为1人，改造所需资金投入仅为700元，经济效益十分显著。此次改进是根据原有铝锭产量