工业自动化已成为现代工业的主要趋势。为了更好地解放和发展生产力，机器取代劳动或机器与劳动协同工作已经成为一种非常重要的方式。所谓工业自动化，即利用自动化设备、自动逻辑控制来完成一系列有规律的和减少重复劳动的机器操作。目前，在铸造企业中，熔炼炉后的加料多为人工操作，整个加料过程需要人工加料并输送到炉前。一些工厂已经改进了炉后运输，但加料过程仍然需要人工参与。为了减少相应的劳动力，有必要完成自动配料系统的设计。目前，该硬件设备已得到应用。本文利用现有的硬件设备研究其PLC编程逻辑控制系统。

上料系统需要设计PLC控制的环节有以下几个方面：

1）天车PLC与机组交互，接收机组发送的数据和机组的反馈数据。

天车自动送料的触发条件是可以分发数据，而分发数据的前提是通信，需要满足上位机或其他控制计算机与天车PLC之间的正常通信，以保证数据的正常交互。

2）起重机PLC控制起重机、小车和起重变频器完成起重机的运输。

起重机PLC的逻辑之一是控制起重机、小车和起重变频器自动安全运行。控制起重机运行的核心是控制变频器的运行，在保证硬件连接正确的前提下，可以通过相应的逻辑控制来实现。

3）天车PLC逻辑控制磁盘吸放料。起重机PLC的逻辑之一是控制磁盘何时吸入和何时排出。

4）起重机PLC与转运车正常通信，以传输相应车身编号的数据。转运车将装料台车转移到炉前进行装料。当小小车离开小位置时，起重机PLC需要暂停小，直到小小车到达小位置。这个过程需要天车系统和转运车系统之间的通信和数据交互，因此确保它们之间的正常通信是设计的要求之一。

5）起重机PLC与吊钩秤通信以获得相应的重量数据。在给料过程中，实时采集重量数据是给料系统误差和正常运行的前提，而稳定的有线通信是保证重量采集的基础。

2系统设计

2.1配料控制系统状态机

在与智能单元保持正常通信的前提下，起重机PLC获取单元发送的数据，在满足自动运行条件时开始运行，盘面开始上升至安全运行位置；大车和小车开始运行并在相应的坑上方运行，这样大车和小车可以同时运行；磁盘下降并接触料坑底部，判断转运车处于进料位置后，物料被电吸附在磁盘上；圆盘上升到配料位置判断是否需要配料，如果需要配料，圆盘上升到运行高度，如果不需要配料；大小车运行到卸货位置；圆盘下降到卸料位置进行卸料；此时，PLC判断进料是否已经完成。如果是，它将返回休闲区等待下一次数据分发。如果不是，循环将从第二步继续。

整个控制系统的实施将在此框架下进行完善和补充，该总体控制状态机是实现天车自动加料的基础。

2.2设备连锁

该投料系统中天车PLC需要和三个设备完成通讯，分别是智能单元、吊钩秤接收器和转运车。与吊钩秤通过RS232串口通讯方式，与智能单元通过ModBusTCP/PEthemmet通讯方式，与转运车通过ModBusTCP通讯方式完成通讯。

1)在智能单元中，KepWare建立ModbusTCP/iPthemet通道，在该通道下根据起重机PLC的具体局域网IP地址进行连接，完成数据读写；天车系统与智能单元之间的通信数据包括:完成和分配的重量数据、系统运行状态、炉号分配、进料开始信号、系统报警状态和其他数据。

2)转运车由施耐德PLC控制。转运车PLC和天车PLC之间实现的是一个联锁功能，即当小车系统在盘面下降到加料位置时判断加料车已经离开加料位置，需要暂停加料，直到收到加料车到位的信号，再继续加料；当转运车系统判断天车系统的盘已经上电，禁止装料车离开装料位置时，只有卸完盘离开装料车后，才能转移装料车。这样两台施耐德PLC就可以通过ModBusTCP进行通信，在PLC编程中添加相应的通信程序段，定义它们之间的数据包交换。天车系统和转运车系统的变量主要有:天车系统和转运车系统的心跳，小车到位，小车离开，小车禁止离开的信号。

2.3、配料状态机

磁盘吸放重量与电压的对应关系不是相对的线性关系，而是不规则的配料曲线，需要通过测试进行一定量的数据曲线拟合，才能更好的实现配料功能。对于每种材料，通过测试得到的配料曲线也是不同的。批处理状态机的流程如图4所示。物料被磁盘吸走后，进入配料位置，判断当前物料的重量是否已经超出剩余重量的范围。如果已经超出范围，则开始执行配料状态机，根据不同的物料，由之前测得的配料曲线给出一定的电压，完成第一次调味。如果误差仍达不到范围，就要逐渐降低电压，每次降低电压，直到重量误差在允许范围内。

2.4编码器数值获取与校准

编码器，在本次系统中作为行车位置判断的计量单位，起着至关重要的作用。硬件连接编码器至PLC。PLC中的高速计数器通过数据取值和计算，以此来确定行车位置。

通过两个输人点接入，在设备层面设置好A、B相，定义该计数方式为正常积分模式，如此就能够得到高速计数器的值。

本系统选用增量式编码器，而高速运转中，编码器必然会出现误差，这就需要过程中设置一些校验位，当行车运行至校验位时，将事先预设的值写入编码器以此来作为校验

2.5数据分析与报警

数据分析包括:编码器值判断位置、物料料坑位置判断、五点吸料法循环、大小车运行状态判断、吸料状态判断、剩余重量与已加重量记录、程序循环复位、转运车系统数据分析。

报警信号包括:行车位置合规性检测、吊钩秤去皮报警、配料失败报警、称重重量丢失报警、编码器数据错误报警、与转运车通讯报警。

五点吸料法:相对于整个料坑，磁盘的半径很小。这样存在一个问题，无法在同一个料坑的同一个位置吸完整个料坑的料。一个点无法解决问题就需要多个点分散开来，通过多个点的轮流，以此来保证整个料坑的物料都能吸取。其基本原理如图5所示，第一次轮询为第一个点，第二次轮询为第二个点，以此类推。

编码器位置判断:在行车运行过程中，编码器的作用十分重要，行车是否到达目的地，是否需要进入减速区域，是否处于危险区域等都需要对编码器的值进行判断后做出相应的动作。

配料失败报警:前文所述配料步骤，无法做到每次都能够成功配料，当配料实时值小于系统计算给定的可接受的最小值时，本次配料失败，放料后并重复吸料配料步骤。当配料失败出现三次的情况下，系统判断放弃配料，并以报警形式告知工人，本盘配料失败，直到手动或自动复位。

编码器报警:系统PLC出现长时间断电、变频器故障、连接不正常等情况下增量型编码器往往会出现数值紊乱的现象，如果出现这种情况，一旦自动加料开始运行，行车就会出现“失控”现象，无法到达指定位置做出指定动作，是一件十分危险的事情。所以，判断编码器数据的合规性显得尤为重要出现编码器数值报警，在确保数值校准之后，才能通过手动复位。

重量丢失报警:重量数据是加配料的重要参数，数据出现错误、不准确或丢失都会使本次加料数据计算出现错误，为炉前加料增加不必要的调配料的麻烦。所以，系统判断重量数据丢失后需报警通知，待查明原因并解决后方可继续使用自动加料。

与转运车通讯报警:与转运车通讯异常导致数据丢失，意味着自动加料系统无法获取加料小车正确的位置信息。如:加料小车已经离开加料位置，但由于通讯异常，系统得到的还是上次加料小车在加料位置的信号，导致所加物料全部洒在外面。

2.6防摇摆功能实现

为了保持行车在运行时的稳定性，减小摆幅和晃动带来的误差，需要对行车做一定的运动控制，使其能够最大限度地在运行中减少摇摆。施耐德电气在防摇摆方面对PLC及变频做了一些必要的设置，可以满足用户对该方面的需求。

3.1运行功能的实现

计算目标位置与实际位置的偏差，正值为前进，反之负值为后退，并且得到绝对值；判断距离差是否为允许误差范围，如果在允许误差范围内，停止运行；判断磁盘实时重量值，如果重量值小于磁盘空重的负值，则得到磁盘处于落地状态；大小车及起升运行需要一系列判断条件即位逻辑，如起升运行限制条件为:大车静止状态、小车静止状态、行车运行状态、自动运行状态、起升限位打开状态。3.2报警状态的实现

行车位置合规性检测:大、小车及起升任一位置的编码器不在安全范围内，状态置1；配料失败报警:在配料步骤连续进行三次配料均失败，状态置1，直到下次配料步骤或由自动切回手动时复位；称重重量失重报警:设置定时器，十秒钟没有接收到吊钩秤接收器数据的状态值，状态置1；与转运车通讯报警:行车系统与转运车系统通过互发心跳来确保通讯，设置计时器，五秒内没有接收到转运车心跳信号，状态置1.

3.3数据分析功能的实现

吸料状态的判断:手动状态下的吸放料两种状态和自动状态下的吸放料两种状态；完成重量记录:对每种物料在每次完成放料时记录并累加，直到重新开始加料系统；剩余重量计算，在获取了已加重量后总重量减去已加重量得到剩余重量；容差计算:每次加料无法做到毫厘不差，需要根据所加物料的总重计算出允许的误差范围，如当总重<2t，容差为50kg，当总重>2t时，容差为总重的5%来计算；加料车重量上限设置:加料车空间和承受重量有限，需要设置上限来判断是否暂停加料过程，等待下一个空车在加料位置上；加料循环:物料顺序事先规定好，并在加料循环中判断是否进行下一个物料的加料过程。

3.4防摇摆功能的实现

利用已有的防摇摆功能块对数据进行简单的处理，主要是对整个加速和减速过程的加速度控制。

4结论

铸造熔炼炉后自动喂料系统通过对软、硬件的改造，硬件更换为能够接收PLC控制的设备，主要利用PLC程序设计实现了铸造熔炼部分的炉后自动加料。能够满足目前绝大多数工厂炉后自动加料的需求。实现了减少人工、实现无人化的目的，并且增加了炉后加料的效率，为铸造行业熔炼工厂降低了人力与时间成本。

这次设计的炉后自动喂料系统虽然已经实现了多点吸料的成果，但还存在一些不足之处有待进一步改进:

1)由于料坑中物料分布不均，可能存在空吸现象，今后随着人工智能识别技术的提升，增加料坑内物料识别，实现自动判断有料位置并吸料。

2)防摇摆功能实现程度不尽相同，与起升钢丝绳的根数及行走距离是否满足行车运行稳定的条件等因素有直接关系，今后还需要在行车防摇功能上实现进一步的突破。