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20kg铝锭铸造机自动堆垛系统改进成功

 

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,配合精确、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并结合现有设备进行的,对中小型电解铝厂的设备改造有借鉴意义。

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