山東鋁業(yè)股份有限公司電解鋁廠的20kg連續(xù)鑄造機(jī)于1985年從撫順鋁廠購進(jìn)，主要用于20kg鋁錠的連續(xù)自動堆垛，設(shè)計能力為15t／h。其主要工作流程為：高溫鋁水從熔煉爐流到鑄模中，隨著鑄造機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)向前移動的同時進(jìn)行自然冷卻，到達(dá)水槽附近時依靠鑄模與金屬物件的撞擊，鋁錠從鑄模中彈出而落入水槽中。
隨拉錠氣缸向前移動的同時經(jīng)循環(huán)水冷卻；冷卻后，由系統(tǒng)自動堆垛。堆垛過程中，每5塊鋁錠為一層，同層鋁錠的上下朝向方向依次交叉，通過提升氣缸和翻錠氣缸控制鋁錠朝向的調(diào)整。鋁錠層與層之間的疊放方向依次交叉。堆放到設(shè)定高度后，由叉車運(yùn)走。
原自動控制系統(tǒng)選用F－30系列PLC作為控制器，限位開關(guān)全部為撞擊式機(jī)械限位開關(guān)。由于設(shè)計及編程方面存在問題，經(jīng)過幾年的運(yùn)行，系統(tǒng)暴露出許多問題。
①限位開關(guān)故障率高，經(jīng)常被撞壞；且經(jīng)常誤發(fā)信號。系統(tǒng)中，鋁錠從鑄模中脫出是依靠金屬撞擊產(chǎn)生的彈力，其撞擊而產(chǎn)生的震動，足以使機(jī)械限位開關(guān)的接點誤動作。
?、谙到y(tǒng)經(jīng)常誤動作，嚴(yán)重時會因誤動作而導(dǎo)致設(shè)備事故。如機(jī)械爪放完鋁錠上升過程中，若上升限位開關(guān)誤動作，則會使小車在高度不夠的情況下向左移動，造成機(jī)械爪與平臺相撞，二者俱損。
?、蹤C(jī)械爪抓錠不可靠，造成系統(tǒng)混亂，加大操作工作的工作量。系統(tǒng)磨損嚴(yán)重，特別是各限位開關(guān)和機(jī)械爪，幾乎每周需檢修一次，檢修量大，而且降低了設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率。
針對系統(tǒng)存在的問題，公司2002年對影響系統(tǒng)運(yùn)行的一些部分進(jìn)行了改進(jìn)。
一、電控系統(tǒng)的改進(jìn)
20kg鋁錠連續(xù)鑄造機(jī)電氣控制系統(tǒng)和改進(jìn)，采用了當(dāng)前較流行的CPMIA可編程作為控制器，選擇基本單元CPM1A－40CDR－A作為CPU單元，其I／O點數(shù)為24／16，輸出為繼電器輸出。選用CPM1A－20EDR擴(kuò)展單元以滿足系統(tǒng)設(shè)計的要求，此擴(kuò)展單元的I／O點數(shù)為12／8，采用繼電器輸出。
限位開關(guān)采用非接觸式的光電開關(guān)和接近開關(guān)，動作更加準(zhǔn)確。編程中結(jié)合生產(chǎn)的實際情況，充分考慮到各種非正常因素，使系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定、可靠和安全。
為了安全起見，機(jī)械爪升降電機(jī)的控制回路增加了上升限位開關(guān)。上升限位采用機(jī)械開關(guān)相對比較可靠，因為只有事故情況下上升限位開關(guān)才動作，動作次數(shù)很少，若采用電子開關(guān)，則存在壽命影響可靠性的問題。其他開關(guān)的選用，可以根據(jù)現(xiàn)場空間大小，20～30cm型光電開關(guān)或TL－N10ME124V2～3cm型接近開關(guān)均可。
PLC的輸出動作由中間繼電器做為隔離，以免外界故障（如串入高電壓等）引起PLC損壞，同時方便檢修，可根據(jù)相應(yīng)繼電器是否動作判斷故障點，以縮小尋找范圍。
為了方便現(xiàn)場調(diào)度和應(yīng)急處理，還設(shè)置了手動／停止／自控控制選擇功能，手動／自動之間的轉(zhuǎn)換通過主令開關(guān)實現(xiàn)。
二、改進(jìn)的主要特點
?、匐m然采用氣缸抓錠動作比較可靠，但實際中由于受各種因素影響，如鑄出鋁錠的大小由人工控制，所以每塊鋁錠的尺寸不可能完全相同；因機(jī)械機(jī)構(gòu)磨損等原因造成5塊鋁錠排列不是很規(guī)則等，偶爾會出現(xiàn)抓錠混亂現(xiàn)象。此時可以按下相應(yīng)的按鈕，給控制程序輸入信號，機(jī)械爪的升降動作被程序中的軟開關(guān)自動斷開，操作人員即可按相應(yīng)的按鈕進(jìn)行人工調(diào)整。
?、诟脑烨暗臋C(jī)械爪在放下鋁錠上升到足夠高度、左行回程準(zhǔn)備進(jìn)行下一個循環(huán)的過程中，因編程及限位開關(guān)誤抖動等原因，出現(xiàn)機(jī)械爪沒有上升到設(shè)定高度而左行回程、與平臺相撞的情況。本次改造在控制程序中采取了相應(yīng)的保護(hù)措施，在機(jī)械爪左行或右行過程中，系統(tǒng)將自動進(jìn)行調(diào)整，提升機(jī)械爪的高度，以避免與平臺相撞。
?、蹖Ω飨尬婚_關(guān)的輸入信號都進(jìn)行了消除“抖動”的處理，于每個限位開關(guān)輸入到可編程控制器中的信號，根據(jù)實際情況分別加入了0.5～1s的延時時間，避免因限位開關(guān)誤動作而使系統(tǒng)出現(xiàn)混亂。而且編程采用“狀態(tài)”方式，即機(jī)械爪的每步動作均作為一種狀態(tài)，每種狀態(tài)的轉(zhuǎn)換只受一個輸入信號的控制，從而大大加強(qiáng)了系統(tǒng)控制的可靠性。限位開關(guān)的工作電源不采用PLC本身的DC24電源，而是采用外加電源，這樣可以避免因功耗大而燒壞PLC。
5推、拉、提、接、翻、抓錠、轉(zhuǎn)向、小車氣缸的動作可進(jìn)行手動、停止、自動控制，使用方便靈活。主令開關(guān)打至“中間位”時為斷開狀態(tài)，手動、自動都不能控制。
?、輽C(jī)械爪是否轉(zhuǎn)向，可由人工隨時進(jìn)行調(diào)整。
⑥各動作時序的配合，全部由程序控制，配合精確、可靠。
改進(jìn)前，操作工人不但工作量大，而且設(shè)備的實際產(chǎn)能僅為設(shè)計能力的1／3。改進(jìn)后，操作工人由3人減為1人，改造所需資金投入僅為700元，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。此次改進(jìn)是根據(jù)原有鋁錠產(chǎn)量并結(jié)合現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行的，對中小型電解鋁廠的設(shè)備改造有借鑒意義。
