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摘 要 以雷管装配生产线改造为例，通过介绍PLC的功能特点，以及如何实现对各设备的自动化控制，证明PLC是实现安全高效的自动化雷管装配生产线的有力工具。
关键词 雷管装配；PLC；传感器；检测；自动化
中图分类号：TQ56 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）20-0096-02
1 工业雷管装配生产线的发展趋势
民爆行业作为国家经济建设发展的传统基础化工行业，主要有乳化炸药、膨化炸药、雷管、导爆管等产品，在矿产开发、城市建设等方面发挥着巨大作用。随着“安全第一、以人为本”思想理念的提出，对民爆产品生产线向自动化方向发展提出更高要求，雷管装配生产线也是如此。《民爆行业技术进步指导意见》上明确要求，雷管生产线要求实现人机隔离并可靠防止工序间殉爆的连续化技术。雷管装配多是用皮带传送简单实现各工序的连接，仍然处于半手动半自动生产方式，不但危险系数高安全隐患大，而且生产效率低。根据要求今年夏季我公司对雷管装配生产工序进行了改造，现就改造中PLC的应用情况予以介绍。
2 PLC的简介
PLC全称是可编程控制器，20世纪60年代首先在美国出现，目的是用来取代继电器控制盘。1968年，美国通用公司引导开发出第一台可编程控制器，包括CPU模块、输入模块输出模块、通讯模块等。PLC能够进行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等功能，通过采集数字式、模拟式输入信号，经CPU运转输出信号显示数据并控制生产过程中的各个设备。PLC采用梯形图语言编程，编程简单，使用方便，可以通过数据线直接写入、检测、更改程序。新学者可以从继电器电路转换成梯形图，有经验者往往通过顺序控制状态转移图转化而来。继电器触点功能用PLC逻辑开关量替代实现，并且这些开关量在一个程序中可以重复使用。PLC具有强大的通信能力，配合组态系统使用达到人机界面控制，使其在远程控制、实时监控、历史分析上全面促进生产线自动化。PLC作为实现自动化的必须设备，越来越多的应用于生产过程中。
3 改造前后生产情况
改造前，雷管装配生产主要工序有添加药、装药、压药、排加强帽、排铅芯、压铅芯、检测剔除废品、板条标号配模、卡口。产品在卡口前放于板条上，各工序靠传送皮带输送皮带实现连接。其中装药分四次、压药三次、压铅芯一次都有各自抗爆工作间与人员隔离，工人从皮带上将板条放在汽缸启动开关上送入工作间装压后取出，再放在皮带上。但工人之间仅靠单块铁板隔离，传送皮带上没有隔离，如果板条超量则不能防止殉爆。人工检测剔除废品后，标号分配板条。卡口一共有15个工作台，各自取出相应标号的板条工作。改造前人员与设备、传送带不能有效隔离，每一个工序都要一名操作工。
改造后，除卡口需要人工外其余工序全部实现自动化，并在原抗爆间外对皮带和气动设备加设各自抗爆间，形成里外两抗爆间的双隔离，人员不会接触到皮带上输送过程中的板条，即接触不到本成品管，完全达到人机隔离，人管隔离，一旦出现故障，可通过电气控制柜上的触摸显示屏进行停车后再进行维修。并且卡口的板条实现自动分配并计数，员工不需分心自己取板条。改造后实现人机隔离、自动添加药、自动在线检测、自动剔除废品、自动配摸、自动安全报警、自动安全联锁，人员可最多减少10人，产量可提高一倍，生产效率大幅提高。
4 PLC控制实现
公司采用三菱PLC，自控系统及组态系统硬件主要包括：工业计算机（上位机）、数据通讯主从站模块、各工序位PLC（下位机）、不间断应急电源的UPS（山特电源）、工业液晶显示器、各种信号采集传感器或控制器、及电磁換向阀等各种终端电器组成。卡口前各工序作为一个工作单元，由电气控制柜和气动控制柜来控制设备。电气控制柜采用槽结构，将PLC、通讯模块、24 V直流电源、电源进线开关、继电器、端子排按照方便接线的原则插装在槽内。端子排安装在PLC的上下作为输入、输出端的公共端和24 V直流引出，每十个端子被一个十孔铁片连接，在孔上拧上螺丝后实现各孔的通电连接。PLC输入量有：位置开关、操作按钮、继电器触点、模拟量等其他信号。输出量有：信号灯、接触器、电磁阀、模拟量等其他信号。传感器在生产过程中就像人的感官一样检测信号，一旦检测到信号就按照编定的指令运行一个动作状态，如接近开关能够判断设备是否运行到目标位置，光对射开关能够判断是否经过物体，两者在改造设计中大量使用用于判断各工位运行位置、状态、数量等。每一个传感器开关的位置和状态都关系到产品工艺质量和生产过程的安全性。执行机构就像人的四肢，油压机、筛帽机、传送带采用交流传动装置，由变频器驱动三相异步电动机。其他执行机构基本上采用气动为主，采用的是二位五通双电控电磁阀驱动汽缸，包括两个驱动线圈、一个手控开关、一个气管接口。当无两端电控信号时，前一个电控信号决定阀芯的位置。在汽缸的极限位置安装有磁感应接近开关，当汽缸的初始位置伸到极限位置时，磁感应开关动作，PLC收到信号后，气动电磁阀的电磁控制端动作恢复汽缸到初始位置。每个气动控制柜有一个小储气罐供气，没有采用一个大储气罐，既方便检修，又增强了安全性能。电气部分、气动部分和重要存药、压药设备实现隔离，各自独立工作，对敏感性很高的雷管生产尽量实现相对安全的环境。PLC与传感器和电磁阀采用三芯信号电缆连接，一根接在公共端，一根接在输入、输出端子，一根接在屏蔽接地端。总的电气控制采用分布式，由操作室总PLC通过12芯总线与各工序的PLC通信，各站PLC应加上通讯拓展模块，连接时注意要接上终端电阻。每个工作单元既相互独立，又相互联系。独立工作时，其设备运行的主令信号以及运行过程中的状态显示信号，通过触摸屏显示，显示屏和PLC通过专用数据线连接。
以压药工序为例介绍工作过程。压药的功能是完成把皮带传输过来的板条扣模后推进加工区域冲压汽缸的正下方，完成冲压后退出板条，再去掉模子后输送至入下一工序。具体PLC工作任务有：初始状态设备上电源起源接通后，进模、侧推、拉模等汽缸处于缩回位置，指示灯绿色常亮，表示设备准备好，否则指示灯变成红色且发出警报。准备好后可以从总监控室按下启动压药油压机启动按钮，从各自的控制显示屏上启动工作单元其他动作。若在运行中遇到情况需要停止设备，则可通过各自控制显示屏停止后，油压机通过控制室或者进入外侧抗爆间通过油压机手动摆杆停止。如果没有停止信号输入，当压药后的板条在皮带上通过本工序打开的出板条门且出板条门关闭时，本工序的进板条门打开进入下一板条，压药单元又开始下一周期工作。安全联锁是防止误动作和防止殉爆的有效方法，在外面抗爆间进门处和里面抗爆间进门处加设接近开关，一旦在设备运行中门被打开，接近开关给出信号，通过继电器线圈通电后常闭触电断开，控制系统断电，所有汽缸停止动作，关门后恢复原位。在板条正在油压机上被压药时，进板条门被锁定不能打开，压好后，检测到出模信号后进板条门才能打开进行下一板条压药。PLC采用 FX2N-48MR， 对I/O分配及端口进行分配，从X000到X024动作分别为：检测模板、进模到位、进模回到位、侧推到位、扣模到位、侧退回到位、拉模到位、关门到位、压合到位、压合回到位、开门到位、出模到位、拉模回到位、出模回到位、扣模回到位、门检、前门、后门、积模、后积模门后检。从Y000到Y024动作分别为：进模缸、侧推缸、扣模缸、托板缸、门缸、压合缸、出模缸、联锁门、排气阀、报警、电磁锁、清模缸。将这些基本动作进行端子分配后，按照状态顺序控制编写梯形图程序，实现整条生产线协调配合自动控制。
5 总结
本文总结了通过PLC在工业雷管装配生产线各工序的大量应用，将原有简单皮带连接、大量手工人员操作的生产状态变为人机隔离、有效防殉爆的双抗爆的自动化生产线，向本质安全迈进一大步。通过减轻劳动强度、减少操作人员、提高劳动生产率大大减少了劳动成本，提升企业竞争力。PLC作为自动化生产线的大脑核心，综合应用传感测试技术、机械技术、接口技术、气动控制等技术，将传感检测、传输与处理、控制、执行与驱动等功能的有机结合，使生产线各设备机构有序和谐工作。随着PLC功能的不断拓展强大，使用逐渐通用快捷简便，应用必将日趋广泛，成为自动化生产的主力军。
参考文献
[1]廖常初.PLC编程及应用（第三版）[M].北京：机械工业出版社，2008.
[2]吕景泉.可编程控制器及其应用[M].北京：机械工业出版社，2001.
[3]蔡红斌.电气控制与PLC控制技术[M].北京：清华大学出版社，2007.
[4]赵继文.传感器与应用电路设计[M].北京：科学出版社，2002.
[5]宋文绪，杨帆.自动检测技术[M].北京：高等教育出版社，2000.
[6]武昌俊.自动检测技术及应用[M].北京：机械工业出版社，2005.
关键词 雷管装配；PLC；传感器；检测；自动化
中图分类号：TQ56 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）20-0096-02
1 工业雷管装配生产线的发展趋势
民爆行业作为国家经济建设发展的传统基础化工行业，主要有乳化炸药、膨化炸药、雷管、导爆管等产品，在矿产开发、城市建设等方面发挥着巨大作用。随着“安全第一、以人为本”思想理念的提出，对民爆产品生产线向自动化方向发展提出更高要求，雷管装配生产线也是如此。《民爆行业技术进步指导意见》上明确要求，雷管生产线要求实现人机隔离并可靠防止工序间殉爆的连续化技术。雷管装配多是用皮带传送简单实现各工序的连接，仍然处于半手动半自动生产方式，不但危险系数高安全隐患大，而且生产效率低。根据要求今年夏季我公司对雷管装配生产工序进行了改造，现就改造中PLC的应用情况予以介绍。
2 PLC的简介
PLC全称是可编程控制器，20世纪60年代首先在美国出现，目的是用来取代继电器控制盘。1968年，美国通用公司引导开发出第一台可编程控制器，包括CPU模块、输入模块输出模块、通讯模块等。PLC能够进行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等功能，通过采集数字式、模拟式输入信号，经CPU运转输出信号显示数据并控制生产过程中的各个设备。PLC采用梯形图语言编程，编程简单，使用方便，可以通过数据线直接写入、检测、更改程序。新学者可以从继电器电路转换成梯形图，有经验者往往通过顺序控制状态转移图转化而来。继电器触点功能用PLC逻辑开关量替代实现，并且这些开关量在一个程序中可以重复使用。PLC具有强大的通信能力，配合组态系统使用达到人机界面控制，使其在远程控制、实时监控、历史分析上全面促进生产线自动化。PLC作为实现自动化的必须设备，越来越多的应用于生产过程中。
3 改造前后生产情况
改造前，雷管装配生产主要工序有添加药、装药、压药、排加强帽、排铅芯、压铅芯、检测剔除废品、板条标号配模、卡口。产品在卡口前放于板条上，各工序靠传送皮带输送皮带实现连接。其中装药分四次、压药三次、压铅芯一次都有各自抗爆工作间与人员隔离，工人从皮带上将板条放在汽缸启动开关上送入工作间装压后取出，再放在皮带上。但工人之间仅靠单块铁板隔离，传送皮带上没有隔离，如果板条超量则不能防止殉爆。人工检测剔除废品后，标号分配板条。卡口一共有15个工作台，各自取出相应标号的板条工作。改造前人员与设备、传送带不能有效隔离，每一个工序都要一名操作工。
改造后，除卡口需要人工外其余工序全部实现自动化，并在原抗爆间外对皮带和气动设备加设各自抗爆间，形成里外两抗爆间的双隔离，人员不会接触到皮带上输送过程中的板条，即接触不到本成品管，完全达到人机隔离，人管隔离，一旦出现故障，可通过电气控制柜上的触摸显示屏进行停车后再进行维修。并且卡口的板条实现自动分配并计数，员工不需分心自己取板条。改造后实现人机隔离、自动添加药、自动在线检测、自动剔除废品、自动配摸、自动安全报警、自动安全联锁，人员可最多减少10人，产量可提高一倍，生产效率大幅提高。
4 PLC控制实现
公司采用三菱PLC，自控系统及组态系统硬件主要包括：工业计算机（上位机）、数据通讯主从站模块、各工序位PLC（下位机）、不间断应急电源的UPS（山特电源）、工业液晶显示器、各种信号采集传感器或控制器、及电磁換向阀等各种终端电器组成。卡口前各工序作为一个工作单元，由电气控制柜和气动控制柜来控制设备。电气控制柜采用槽结构，将PLC、通讯模块、24 V直流电源、电源进线开关、继电器、端子排按照方便接线的原则插装在槽内。端子排安装在PLC的上下作为输入、输出端的公共端和24 V直流引出，每十个端子被一个十孔铁片连接，在孔上拧上螺丝后实现各孔的通电连接。PLC输入量有：位置开关、操作按钮、继电器触点、模拟量等其他信号。输出量有：信号灯、接触器、电磁阀、模拟量等其他信号。传感器在生产过程中就像人的感官一样检测信号，一旦检测到信号就按照编定的指令运行一个动作状态，如接近开关能够判断设备是否运行到目标位置，光对射开关能够判断是否经过物体，两者在改造设计中大量使用用于判断各工位运行位置、状态、数量等。每一个传感器开关的位置和状态都关系到产品工艺质量和生产过程的安全性。执行机构就像人的四肢，油压机、筛帽机、传送带采用交流传动装置，由变频器驱动三相异步电动机。其他执行机构基本上采用气动为主，采用的是二位五通双电控电磁阀驱动汽缸，包括两个驱动线圈、一个手控开关、一个气管接口。当无两端电控信号时，前一个电控信号决定阀芯的位置。在汽缸的极限位置安装有磁感应接近开关，当汽缸的初始位置伸到极限位置时，磁感应开关动作，PLC收到信号后，气动电磁阀的电磁控制端动作恢复汽缸到初始位置。每个气动控制柜有一个小储气罐供气，没有采用一个大储气罐，既方便检修，又增强了安全性能。电气部分、气动部分和重要存药、压药设备实现隔离，各自独立工作，对敏感性很高的雷管生产尽量实现相对安全的环境。PLC与传感器和电磁阀采用三芯信号电缆连接，一根接在公共端，一根接在输入、输出端子，一根接在屏蔽接地端。总的电气控制采用分布式，由操作室总PLC通过12芯总线与各工序的PLC通信，各站PLC应加上通讯拓展模块，连接时注意要接上终端电阻。每个工作单元既相互独立，又相互联系。独立工作时，其设备运行的主令信号以及运行过程中的状态显示信号，通过触摸屏显示，显示屏和PLC通过专用数据线连接。
以压药工序为例介绍工作过程。压药的功能是完成把皮带传输过来的板条扣模后推进加工区域冲压汽缸的正下方，完成冲压后退出板条，再去掉模子后输送至入下一工序。具体PLC工作任务有：初始状态设备上电源起源接通后，进模、侧推、拉模等汽缸处于缩回位置，指示灯绿色常亮，表示设备准备好，否则指示灯变成红色且发出警报。准备好后可以从总监控室按下启动压药油压机启动按钮，从各自的控制显示屏上启动工作单元其他动作。若在运行中遇到情况需要停止设备，则可通过各自控制显示屏停止后，油压机通过控制室或者进入外侧抗爆间通过油压机手动摆杆停止。如果没有停止信号输入，当压药后的板条在皮带上通过本工序打开的出板条门且出板条门关闭时，本工序的进板条门打开进入下一板条，压药单元又开始下一周期工作。安全联锁是防止误动作和防止殉爆的有效方法，在外面抗爆间进门处和里面抗爆间进门处加设接近开关，一旦在设备运行中门被打开，接近开关给出信号，通过继电器线圈通电后常闭触电断开，控制系统断电，所有汽缸停止动作，关门后恢复原位。在板条正在油压机上被压药时，进板条门被锁定不能打开，压好后，检测到出模信号后进板条门才能打开进行下一板条压药。PLC采用 FX2N-48MR， 对I/O分配及端口进行分配，从X000到X024动作分别为：检测模板、进模到位、进模回到位、侧推到位、扣模到位、侧退回到位、拉模到位、关门到位、压合到位、压合回到位、开门到位、出模到位、拉模回到位、出模回到位、扣模回到位、门检、前门、后门、积模、后积模门后检。从Y000到Y024动作分别为：进模缸、侧推缸、扣模缸、托板缸、门缸、压合缸、出模缸、联锁门、排气阀、报警、电磁锁、清模缸。将这些基本动作进行端子分配后，按照状态顺序控制编写梯形图程序，实现整条生产线协调配合自动控制。
5 总结
本文总结了通过PLC在工业雷管装配生产线各工序的大量应用，将原有简单皮带连接、大量手工人员操作的生产状态变为人机隔离、有效防殉爆的双抗爆的自动化生产线，向本质安全迈进一大步。通过减轻劳动强度、减少操作人员、提高劳动生产率大大减少了劳动成本，提升企业竞争力。PLC作为自动化生产线的大脑核心，综合应用传感测试技术、机械技术、接口技术、气动控制等技术，将传感检测、传输与处理、控制、执行与驱动等功能的有机结合，使生产线各设备机构有序和谐工作。随着PLC功能的不断拓展强大，使用逐渐通用快捷简便，应用必将日趋广泛，成为自动化生产的主力军。
参考文献
[1]廖常初.PLC编程及应用（第三版）[M].北京：机械工业出版社，2008.
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[5]宋文绪，杨帆.自动检测技术[M].北京：高等教育出版社，2000.
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