废弃硒鼓自动化破碎控制系统设计

废弃硒鼓自动化破碎控制系统设计

焦宏伟

焦宏伟(上海第二工业大学城市建设与环境工程学院上海201209)

摘要：随着废弃硒鼓的逐年增加，加上废弃硒鼓中的碳粉在破碎中会产生爆炸的危险。存在人员以及环境的威胁，所以废弃硒鼓自动化破碎系统的诞生迫在眉睫。硒鼓自动化破碎设计体现在对废弃硒鼓自动粉碎、分离、清洗、运输、封装于一体。废弃硒鼓自动化破碎系统分为维修模式、手动模式、自动模式。三种模式都可以通过人机界面操作方便、快捷的实现与切换。本设备是要达到废弃硒鼓破碎的自动化、安全化、人性化。

关键词：废旧硒鼓破碎，人机界面，PLC,控制系统

1课题来源1.1废弃硒鼓的国内外研究现状硒鼓的组成主要有显影辊，充电辊，感光鼓，碳粉以及塑料等。

一般硒鼓的寿命在8000张的纸张量左右，在日常办公中，在日常办公中时常会出现碳粉用尽或某部件损坏而是打印机硒鼓报废。废弃硒鼓中有塑料、有色金属、铁、碳粉等材料。目前国内外废弃硒鼓破碎设备成本高，阻碍了市场化推广。不适合小型企业的采用，所以也阻碍了废弃硒鼓的自动化破碎处理。

开发新工艺、新设备成为电子废弃物资源化领域的迫切需求。同时，硒鼓作为打印机里面最为核心的部件，却是‘经常’要更换的。

硒鼓破碎工艺自动化破碎的研究，就是开采“城市矿山”的开采工程的研究。

1.2存在问题及其技术范畴硒鼓中多用碳粉作原料，多含有多环芳烃系列以及二甲基硝铵等物质，他们都为致癌物质。如果采用人工破碎，由于粉碎颗粒小如果被人体吸收，就会出现中毒现象。上海新金桥环保有限公司的废硒鼓墨盒处理系统在实际运行中发生过墨粉粉尘爆炸事故法[1]。因此无论从安全生产，还是从管理层面，都有必要研制一套自动化废弃硒鼓破碎系统。

研究一种硒鼓破碎过程控制技术，提高硒鼓破碎效率和质量。硒鼓破碎工艺自动化流水线从开始到结束的自动化实施方案。通过控制各个控制对象以及参数，来达到最优的工程应用方案。

2废弃硒鼓自动破碎流水线及其实现方案废旧硒鼓破碎的科学意义不是简简单单的破碎硒鼓。而是寻找一中自动化手段，来达到硒鼓破碎工艺流水线的自动化控制[2]。这个硒鼓破碎工艺自动化流水线主要包括以下几部分。12寸的触摸屏、PLC控制器、密封式辊式工作台、皮带输送机、双齿辊式破碎机、磁选机、高压气流清洗机、涡电流分选机、空气摇床、变频器、profibus通讯电缆、其余电线若干。硒鼓破碎工艺自动化流水线的初步设想是进行硒鼓粉碎、分离、清洗、运输、封装于一体。它的经济价值与社会价值在于减少人力劳动的压力，为破碎回收废弃硒鼓提高效率，破碎回收途中，减少有害物质对人体的损害。同时有效的控制废弃硒鼓中有害物质对环境的破坏。

2.1.1废弃硒鼓破碎机辊式破碎机是有两台1.5KW功率的电机组成的双齿辊式破碎机。这个破碎机是由变频器控制。可以达到实时修改转速，实时实现启停。方便操作人员对辊式破碎机的维修、生产。这个破碎机的转速频率从0HZ到100HZ的变化，可以满足各类材质的破碎，以及为操作人员提供机器运转情况。

2.1.2磁选机磁选机是磁性差异物质的分离设备。磁选机用于矿业、木材业、窑业、化学、食品等行业。磁选机在废弃硒鼓破碎自动化破碎系统中主要用来分选废弃硒鼓破碎后，得到的铁片资源。

2.1.3皮带运输机根据要粉碎的硒鼓流程来考虑，我们需要三个皮带机，分别用来运输直径不同的颗粒物。1号皮带运输机主要用来运送废弃硒鼓，2号皮带用来运送从磁选机分选出来的铁片，从而得到铁资源。3号皮带主要承担运输从清洗机清洗以后到涡流分选机的破碎物，主要是清洗掉碳粉以及其他杂质成分。四号皮带主要用来运送从涡流分选机到空气摇床的破碎分选物，主要得到有色金属，比如铝、铜等。

2.1.4高压气流清洗机高压水清洗机是由一个4KW功率的电机带动滚筒，从而达到清洗的目的。洗是经济、环保的清洁方式之一。

2.1.5涡电流分选机涡电流分选机由分选机主体和控制柜两部分组成；主体部分主要包括选总成、驱动电机、机架及罩体等部分构成。分选总成为设备核心部件，由永磁滚筒、物料输送系统(包括物料输送带、输送带驱动滚筒及减速电机)组成。主要用于电子废弃物、废旧塑料门窗、废旧汽车等工业固体废物破碎切片中回收铜、铝等各类有色金属的分选。

涡流分选机主要用来分选有色金属，比如铝、铜等。这个涡流分选机有一个自带的皮带运输机，用来将分选出来的有色金属，运送到收集器里，从而得到有色金属资源。

2.1.6空气摇床空气摇床是利用物料自然所受的重力，以及摇床本身的强烈震荡，是的物料根据筛网网孔大小的不同，从而产生不同直径大小颗粒物的分离。震动成都可调，筛网网孔大小可选。所以是比较便捷且经济的筛选设备。

2.2控制系统的设计2.2.1废弃硒鼓自动破碎设计人机界面是由步科公司提供的一块12寸的触摸屏。电源供电24V。触摸屏的设计，是由PC机完成的。触摸屏的开机画面设置成了上海绿环机械有限的正门照片。接下来的逻辑控制，是按照实际需求，将控制对象分别按照控制逻辑，将触摸程序写进触摸屏存储器中。

从而可以实现安全、形象、人性化操作。下面分别是触摸屏的画面程序效果。触摸屏程序分为三个主程序，分别是自动模式、维修模式、手动模式。

PLC控制器是一块16接口的西门子226型控制器。这个是废弃硒鼓自动化破碎的核心设计部分。供电电压需要24V，PLC负责接收来自触摸屏的开关以及转速控制指令，然后指令送传到各个控制对象。使得控制对象实现特定的动作。由于受到工艺要求以及对设备的保护，在启动设备时，必须先启动前一级设备，等待前一级设备启动稳定后，后一级设备才能启动。否则，如果在生产过程中，如果有杂物残留在流水线中，那么就有可能引起生产事故。所以启动顺序至关重要。当然，传统的控制柜操作，是凭借操作人员对生产工艺的了解，从而操作人员会自发的人为的按照工艺流程来启动设备。这样的工作方式难免出现人为的误操作。破坏启动顺序。采用自动控制破碎系统，一切操作都是有PLC控制器完成。可以达到安全、准确、可靠、长时间高效运行。废弃硒鼓自动破碎系统的开启过程：同时，当所有设备启动结束，完成生产后，也要按照相反的顺序分别关闭所有设备。当然，关闭设备也必须按照一定的先后顺序进行关闭。否则会有杂物滞留在系统中。只有按照一定的关闭顺序，才能安全、可靠地完成关闭。废弃硒鼓自动破碎系统的关闭过程：从安全角度考虑，PLC程序设计同样采用三种模式互锁的形式进行实现。三种模式分别是：维修模式、手动模式、自动模式。维修模式下，操作者可以任意开启和停止现场所有设备。从而可以方便的对每一个设备进行维修和管理。在手动模式下，主要是为了调试设备能够更好的工作而设计的。当一台新设备加入到控制系统中后，就需要调试模式，来进行管理。在自动模式下，就是正常的生产模式。这个模式一旦开启，不需要操作人员进行干预，控制系统会按照设定好的程序自行启动、运行、关闭。为了实现安全的运行，同时PLC也加入了紧急停止命令，当出现意外情况，可以通过紧急按钮来立即停止所有设备的运行。

3结论分模块设计分模块调试，最终完成设计要求，实现废弃硒鼓自动破碎系统从理论设计到工业应用阶段。废弃硒鼓自动破碎系统有力的节省了人力资源，只需要一位操作人员进行管理，就可以完成废弃硒鼓从运输到破碎再到分选的整个过程。这个废弃硒鼓自动破碎系统经济实用，已经为相关公司产生经济效益。

参考文献[1]王景伟，吴文杰，关杰，废弃硒鼓的再利用与绿色设计方法，2008中国绿色制造会议论文集[C]。

[2]阮菊俊[M].破碎废弃硒鼓、废旧冰箱箱体的涡流分选及工程应用[J].上海：上海交通大学，2012