CN113341865A - 一种防爆环境下的灌装箱气动伺服定位装置 - Google Patents

一种防爆环境下的灌装箱气动伺服定位装置 Download PDF

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Abstract

本发明一种防爆环境下的灌装箱气动伺服定位装置。该装置包括PLC控制器、电气比例阀、气‑气控制器和三组动作气缸，气源模块与PLC控制机柜相连接置于厂房外；PCL控制机柜与厂房内的防爆控制柜相连接；防爆控制柜与X方向气缸组(4)和Y方向气缸组相连接。首先，PLC控制器接收位置信号，将其转换为电信号模拟量分别传输给电气比例阀；然后，电气比例阀将接收到的电信号转换为气信号传输给气‑气控制器；最后，三组气‑气控制器通过接收到的气信号大小控制气缸分别在X、Y两个方向上的推动行程以推动箱体。所述装置保证了在充满粉尘、易燃气体的厂房内箱体定装置全部无电化，解决了在类似化工厂这种危险环境中灌装箱校正装置带电工作导致的安全问题。

Description

一种防爆环境下的灌装箱气动伺服定位装置
技术领域
本发明属于控制技术和自动化设备领域，具体涉及一种防爆环境下的灌装箱气动伺服定位装置。
背景技术
随着人类进入信息产业革命时代，人工智能技术迅速发展，智能化技术正以前所未有的速度发展革新，逐渐渗透各个行业。智能工厂的建设作为人工智能的一环，可以极大地提高生产效率和保障人民利益。某些化工厂危险品生产过程在灌装环节自动化程度低、危险作业人员多、环境恶劣，存在安全隐患等问题。
发明内容
为了解决化工厂危险品生产过程在灌装环节存在的自动化程度低、危险作业人员多、环境恶劣和存在安全隐患等问题，本发明提供一种防爆环境灌装箱气动伺服定位装置。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
针对化工厂的特殊环境，灌装箱定位装置需要具有以下特征：工厂生产的流水线上，定位装置不能遮挡箱体进出灌料位，因此定位装置要能够上下移动；气缸只能往一个方向运动，因此要设计Y方向正负两个方向的气缸；由于化工厂产品的特殊性，灌装箱往往带有与箱体相连的盖子，因此只能在三个方向推动灌装箱。
本发明提供的灌装箱气动伺服定位装置包括气源模块、PLC控制机柜、防爆控制柜、X方向气缸组和Y方向气缸组；气源模块与PLC控制机柜相连接置于厂房外；PCL控制机柜与厂房内的防爆控制柜相连接；防爆控制柜与X方向气缸组和Y方向气缸组相连接。气源模块与PLC控制机柜通过通气管道相连接。PCL控制机柜与防爆控制柜通过CAN串口总线以及通气管道相连接。防爆控制柜与X方向气缸组和Y方向气缸组通过防爆继电器和防爆接头相连接。
所述气源模块，包括空气压缩机、过滤减压模块和两通阀；空气压缩机为整个装置的压缩气体来源，为X方向气缸组和Y方向气缸组的动力源；过滤减压模块稳定输出气体压强，过滤压缩空气中存在的杂质，为后续设备提供洁净气源；两通阀为装置气压总开关。空气压缩机)通过管道连接到过滤减压模块入口，过滤减压模块出口与两通阀连接。
所述PLC控制机柜，包括PLC控制器、X方向电气比例阀、Y负方向电气比例阀、Y正方向电气比例阀和顶升机构电气比例阀；PLC控制器接收来自上位机的位置偏移信号，通过控制算法计算X方向气缸组和Y方向气缸组中每个气缸的行程，并将其转换为DC 0到20mA模拟电流信号；X方向电气比例阀、Y负方向电气比例阀和Y正方向电气比例阀分别接收PLC控制器发出的X方向模拟电流信号、Y负方向模拟电流信号和Y正方向模拟电流信号，输出DC 4到20mA模拟电流信号，成比例地对空气压力进行控制；同样的，当X方向和Y方向定位完成后，顶升机构电气比例阀接收PLC控制器发出的顶升气缸控制模拟电流信号，负责灌装箱定位结束后的顶升。
所述防爆控制柜，包括X方向气-气控制器、X方向防爆电磁阀A、X方向防爆电磁阀B、Y负方向气-气定位器和Y正方向气-气控制器；X方向气-气控制器精确控制X方向伺服气缸动作；X方向防爆电磁阀A控制锁紧升降气缸；X方向防爆电磁阀B控制无杆气缸动作；Y负方向气-气控制器控制Y负方向伺服气缸动作；Y正方向气-气定位器控制Y正方向伺服气缸动作。
所述X方向气缸组，包括锁紧升降气缸、无杆气缸、X方向伺服气缸和推力稳定机构。锁紧升降气缸与无杆气缸和X方向伺服气缸连接，将推动无杆气缸和X方向伺服气缸从不遮挡流水线出货的上方位置放下；当锁紧升降气缸伸出到位后，无杆气缸推动与之连接的X方向伺服气缸到达预定位位置；X方向伺服气缸推动灌装箱达到目标位置；推力稳定机构装在X方向伺服气缸上，增加气缸在箱子表面的受力点，达到稳定推动的作用。
所述Y方向气缸组，包括Y负方向伺服气缸、Y负方向推力稳定机构、Y正方向伺服气缸、Y正方向推力稳定机构；Y负方向伺服气缸和Y正方向伺服气缸安装在流水线两侧的机架上，Y负方向推力稳定机构、Y正方向推力稳定机构分别安装在Y负方向伺服气缸、Y正方向伺服气缸上，均衡灌装箱受力；Y负方向伺服气缸和Y正方向伺服气缸推动灌装箱在Y方向达到目标位置；Y负方向推力稳定机构和Y正方向推力稳定机构稳定Y方向气缸组在箱子表面的受力。
本发明的有益效果是：针对原化工厂危险品生产过程在灌装环节存在的自动化程度低、危险作业人员多、环境恶劣等问题，通过智能定位、伺服控制等手段解决灌装过程中化学品抛洒、工作人员安全系数低等问题。本发明有利于提高化工厂及其它含有灌装流程的工厂的自动化、智能化水平。
附图说明
图1为本发明提出的一种防爆环境下的灌装箱气动伺服定位装置的整体布局图；
图2为本发明提出的一种防爆环境下的灌装箱气动伺服定位装置的整体连接图；
图3为本发明提出的一种防爆环境下的灌装箱气动伺服定位装置的装置总体图；
图4为本发明提出的一种防爆环境下的灌装箱气动伺服定位装置的整体正视图；
图5为本发明提出的一种防爆环境下的灌装箱气动伺服定位装置的整体侧视图；
图6为本发明提出的一种防爆环境下的灌装箱气动伺服定位装置的X方向气缸组正视图；
图7为本发明提出的一种防爆环境下的灌装箱气动伺服定位装置的X方向气缸组侧视图；
图8为本发明提出的一种防爆环境下的灌装箱气动伺服定位装置的Y方向气缸组正视图；
图中：1、气源模块，2、PLC控制机柜，3、防爆控制柜，4、X方向气缸组，5、Y方向气缸组，6、空气压缩机，7、过滤减压模块，8、两通阀，9、PLC控制器，10、X方向电气比例阀，11、Y负方向电气比例阀，12、Y正方向电气比例阀，13、顶升机构电气比例阀，14、X气-气控制器，15、X方向防爆电磁阀A，16、X方向防爆电磁阀B，17、Y负方向气-气控制器，18、Y正方向气-气控制器，19、锁紧升降气缸，20、无杆气缸，21、X方向伺服气缸，22、X方向推力稳定机构，23、Y负方向伺服气缸，24、Y负方向推力稳定机构，25、Y正方向伺服气缸，26、Y正方向推力稳定机构，27、防爆隔离墙。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步的说明。
如图1、2所示，本发明提供的灌装箱气动伺服定位装置包括气源模块1、PLC控制机柜2、防爆控制柜3、X方向气缸组4和Y方向气缸组5；气源模块1与PLC控制机柜2通过6mm通气管道相连接置于厂房外；PCL控制机柜2与厂房内的防爆控制柜3通过CAN串口总线以及6mm通气管道相连接；防爆控制柜3与X方向气缸组4和Y方向气缸组5通过防爆继电器和防爆接头相连接；PLC控制机柜2与厂房内部装置通过防爆隔离墙27进行隔离，以满足防爆的需求。
如图2所示，气源模块1，包括空气压缩机6、过滤减压模块7和两通阀8；空气压缩机6为整个装置的压缩气体来源，为X方向气缸组4和Y方向气缸组5的动力源，通过8mm通气管道连接到过滤减压模块7入口；过滤减压模块7稳定输出气体压强，过滤压缩空气中存在的杂质，为后续设备提供洁净气源，其型号为SMC IDG30AV4-02，其出口通过8mm通气管和直立接头与两通阀8相连接；两通阀8为装置气压总开关。
如图1、2、3所示，PLC控制机柜2，包括PLC控制器9、X方向电气比例阀10、Y负方向电气比例阀11、Y正方向电气比例阀12和顶升机构电气比例阀13；PLC控制器9为SMC S7-200SMART，接收来自上位机的位置偏移数字量信号，通过控制算法计算X方向气缸组4和Y方向气缸组5中每个气缸的行程，并将其将其转换为DC 0到20mA模拟电流信号；X方向电气比例阀10、Y负方向电气比例阀11和Y正方向电气比例阀12的型号均为SMC ITV2030-142BL，分别接收PLC控制器9发出的X方向模拟电流信号、Y负方向模拟电流信号和Y正方向模拟电流信号，输出DC 4到20mA模拟电流信号，成比例地对空气压力进行控制；当X方向和Y方向定位完成后，同样的，顶升机构电气比例阀13的型号也为SMC ITV2030-142BL，接收PLC控制器9发出的顶升气缸控制模拟电流信号，负责灌装箱定位结束后的顶升。
如图1、2、3、5、8所示，防爆控制柜3，包括X方向气-气定位器14、X方向防爆电磁阀A15、X方向防爆电磁阀B16、Y负方向气-气控制器17和Y正方向气-气控制器18；X方向气-气控制器精确控制X方向伺服气缸4动作；X方向防爆电磁阀A 15控制锁紧升降气缸；X方向防爆电磁阀B16控制无杆气缸动作；Y负方向气-气定位器17控制Y负方向伺服气缸23动作；Y正方向气-气定位器18控制Y负方向伺服气缸25动作。
如图4、5、6、7所示，X方向气缸组4，包括锁紧升降气缸19、无杆气缸20、X方向伺服气缸21和推力稳定机构22。锁紧升降气缸19输出端与无杆气缸20和X方向伺服气缸21连接，工作时将推动无杆气缸(20)和X方向伺服气缸(21)从流水线出货的上方位置放下，其型号为SMC MGGMF80-500-XC83；无杆气缸20输出端连接X方向伺服气缸21，且推动X方向伺服气缸21到达预定位位置，其型号为SMC MY3A63-200；X方向伺服气缸21推动灌装箱达到目标位置；推力稳定机构22装在X方向伺服气缸21上，增加气缸在箱子表面的受力点，达到稳定推动的作用；X方向气缸组4通过调速接头、直通弯接头、线轨、滚轮和防爆接近感应器组成和连接。
如图4、5、8所示，Y方向气缸组5，包括Y负方向伺服气缸23、Y负方向推力稳定机构24、Y正方向伺服气缸25、Y正方向推力稳定机构26；Y负方向伺服气缸23和Y正方向伺服气缸25安装在流水线两侧的机架上，Y负方向推力稳定机构24、Y正方向推力稳定机构26分别安装在Y负方向伺服气缸23、Y正方向伺服气缸25上，均衡灌装箱受力。Y负方向伺服气缸23和Y正方向伺服气缸25推动灌装箱在Y方向达到目标位置；Y负方向推力稳定机构24和Y正方向推力稳定机构26稳定Y方向气缸组在箱子表面的受力；Y方向气缸组5通过调速接头、直通弯接头、浮动接头、线轨和滚轮组成和连接。
如图2、3、4所示，灌装箱置于流水线上，流水线的承重结构为圆柱形滚筒，其摩擦系数为0.5。由于灌装箱的质量为10kg，摩擦力计算公式为F＝μmg＝0.5×10×9.8＝49(N)，因此伺服气缸推力要大于49N才能推动灌装箱。此外，由于流水线宽度比灌装箱宽度多10cm，因此Y方向伺服气缸的行程不能小于5cm，从而本发明所用伺服气缸型号为SMCCPA2L50-50J。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种防爆环境下的灌装箱气动伺服定位装置，其特征在于，该装置包括气源模块(1)、PLC控制机柜(2)、防爆控制柜(3)、X方向气缸组(4)和Y方向气缸组(5)；气源模块(1)与PLC控制机柜(2)相连接置于厂房外；PCL控制机柜(2)与厂房内的防爆控制柜(3)相连接；防爆控制柜(3)与X方向气缸组(4)和Y方向气缸组(5)相连接。
2.根据权利要求1所述一种防爆环境下的灌装箱气动伺服定位装置，其特征在于：气源模块(1)与PLC控制机柜(2)通过通气管道相连接。
3.根据权利要求1所述一种防爆环境下的灌装箱气动伺服定位装置，其特征在于：PCL控制机柜(2)与防爆控制柜3通过CAN串口总线以及通气管道相连接。
4.根据权利要求1所述一种防爆环境下的灌装箱气动伺服定位装置，其特征在于：防爆控制柜(3)与X方向气缸组(4)和Y方向气缸组(5)通过防爆继电器和防爆接头相连接。
5.根据权利要求1所述一种防爆环境下的灌装箱气动伺服定位装置，其特征在于：所述气源模块(1)，包括空气压缩机(6)、过滤减压模块(7)和两通阀(8)；空气压缩机(6)为整个装置的压缩气体来源，为X方向气缸组(4)和Y方向气缸组(5)的动力源；过滤减压模块(7)稳定输出气体压强，过滤压缩空气中存在的杂质，为后续设备提供洁净气源；两通阀(8)为装置气压总开关；空气压缩机(6)通过管道连接到过滤减压模块(7)入口，过滤减压模块(7)出口与两通阀(8)连接。
6.根据权利要求1所述一种防爆环境下的灌装箱气动伺服定位装置，其特征在于：所述PLC控制机柜(2)，包括PLC控制器(9)、X方向电气比例阀(10)、Y负方向电气比例阀(11)、Y正方向电气比例阀(12)和顶升机构电气比例阀(13)；PLC控制器(9)接收来自上位机的位置偏移信号，计算X方向气缸组(4)和Y方向气缸组(5)中每个气缸的行程，并将其转换为DC 0到20mA模拟电流信号；X方向电气比例阀(10)、Y负方向电气比例阀(11)和Y正方向电气比例阀(12)分别接收PLC控制器(9)发出的X方向模拟电流信号、Y负方向模拟电流信号和Y正方向模拟电流信号，输出DC 4到20mA模拟电流信号，成比例地对空气压力进行控制；当X方向和Y方向定位完成后，顶升机构电气比例阀(13)接收PLC控制器(9)发出的顶升气缸控制模拟电流信号，负责灌装箱定位结束后的顶升。
7.根据权利要求1所述一种防爆环境下的灌装箱气动伺服定位装置，其特征在于：所述防爆控制柜(3)，包括X方向气-气控制器(14)、X方向防爆电磁阀A(15)、X方向防爆电磁阀B(16)、Y负方向气-气控制器(17)和Y正方向气-气控制器(18)；X方向气-气控制器(14)精确控制X方向伺服气缸(21)动作；X方向防爆电磁阀A(15)控制锁紧升降气缸(19)；X方向防爆电磁阀B(16)控制无杆气缸(20)动作；Y负方向气-气控制器(17)控制Y负方向伺服气缸(23)动作；Y正方向气-气控制器(18)控制Y正方向伺服气缸(25)动作。
8.根据权利要求1所述一种防爆环境下的灌装箱气动伺服定位装置，其特征在于：所述X方向气缸组(4)，包括锁紧升降气缸(19)、无杆气缸(20)、X方向伺服气缸(21)和推力稳定机构(22)；锁紧升降气缸(19)输出端与无杆气缸(20)和X方向伺服气缸(21)连接，无杆气缸20输出端连接X方向伺服气缸21，将推动无杆气缸(20)和X方向伺服气缸(21)从流水线出货的上方位置放下；当锁紧升降气缸(19)伸出到位后，无杆气缸(20)推动与之连接的X方向伺服气缸(21)到达预定位位置；X方向伺服气缸(21)推动灌装箱达到目标位置；推力稳定机构(22)装在X方向伺服气缸(21)上，增加气缸在箱子表面的受力点，达到稳定推动的作用。
9.根据权利要求1所述一种防爆环境下的灌装箱气动伺服定位装置，其特征在于：所述Y方向气缸组(5)，包括Y负方向伺服气缸(23)、Y负方向推力稳定机构(24)、Y正方向伺服气缸(25)、Y正方向推力稳定机构(26)；Y负方向伺服气缸(23)和Y正方向伺服气缸(25)安装在流水线两侧的机架上，Y负方向推力稳定机构(24)、Y正方向推力稳定机构(26)分别安装在Y负方向伺服气缸(23)、Y正方向伺服气缸(25)上，均衡灌装箱受力；Y负方向伺服气缸(23)和Y正方向伺服气缸(25)推动灌装箱在Y方向达到目标位置；Y负方向推力稳定机构(24)和Y正方向推力稳定机构(26)稳定Y方向气缸组(5)在箱子表面的受力。
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