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技术资料
PLC系统在炭素振动成型机中的应用
华运工控网（www.ic571.com） 发表时间：2010-09-04
振动成型主要设备有振动台、模具和重锤，将盛装热糊料的模具放在振动台上，然后把重锤压在糊料表面上开动振动台，使糊料受到振幅小而频率高的强迫振动，在强烈的振动下糊料颗粒间的及糊料与模具壁间的摩擦力减小，颗粒移动并合理分布，得到具有规定形状的高密度的产品。压好的半成品经冷却、检查后堆放。
我公司炭素厂原使用的振动成型机是人工手动调节，炭块的重量、高度波动范围大，对产品的产量和质量有较大的影响。为此必须根据人工操作积累的经验设计一种具有较高智能、高可靠度的自动控制系统，来提高炭素振动成型生产的产能和合格率，延长电气设备的运转周期，缩短故障检修时间，降低生产成本和岗位操作工的劳动强度。
2 系统组成
PLC是采用微处理器技术的新型工业控制装置，是一种使用可编程序存储器来存储设备所需专用程序的电气设备。它具有将逻辑运算顺序操作，限时，计时以及算术运算，数据通讯等功能，通过数字量或模拟量的输入/输出模板去控制各种设备或过程。其硬件结构如图1所示。
它采用了大规模的集成电路，故特别适应于高温、潮湿、电磁干扰、机械振动大的比较恶劣的工业现场环境。输入/输出接口组件的模块化，系统设计时根据被控对象的要求，选择必要的功能模块组成控制系统，大大提高了工程效率和系统的可靠性。
在该控制系统中选用日本三菱公司的PLCMITSUBISHI A1S小型系列作为下位机。它具有成本低、功能强的特点。上位机选择惠普P III微机，配以美国Intellution FIX软件，ORMON公司的继电器、行程开关，德国威德米勒隔离器、变送器，安川变频器等组成自动控制系统。系统总貌图如图2所示。
3 系统功能
3.1 该系统的上位机系统功能如下：
1．实时反映工艺流程，形象再现生产过程（系统主画面图见图3）；
2．图表显示生产数据，方便操作工了解生产状况；
3．及时产生报警信息并予以打印，帮助操作工查找分析故障原因；
4．以曲线形式在线生产数据，方便查找历史数据，分析生产趋势；
5．以报表打印形式反映生产状况；
6．帮助操作工实现电机连锁开、停，并反映电机启动停车的有关信息；
7．给定控制工艺参数。
3.2 该系统的下位机功能如下：
1．数据采集：通过PLC AlS68AD转换模板对冷却水温度、糊料温度、糊料计量称、油箱油温、油箱油压、炭块高度、变频器电流进行模拟采集，并转换成FIX认可的数据格式（系统主要测点如下图4）。
2．电机连锁控制，以简单易行的PLC取代以往繁琐复杂、故障率高的电气连锁控制，并实现操作工远程开、停电机的功能。主要I/0点安排如下：
I/O Name Comment Remark
X80 CAR-EAST 称量车回到位
X81 CAR-WEST 称量车送料到位
X82 CAR-CLOSED 称量车门闭到位
X83 CLAMP-L CLOSED 左模夹紧到位
X84 CLAMP-R.CLOSED 右模夹紧到位
X85 CLAMP-L.OPENED 左模夹放松到位
X86 CLMP.R.OPENED 右模夹放松到位
X87 HAMMER-HIGH 重锤上升到位
X88 HAMMER-LOW 重锤下降到位
X89 MOLD-HIGH 模具上升到位
X8A MOLD-LOW 模具下降到位
X8B PUSH-OUT 推进器推出到位
X8C PUSH-IN 推进器返回到位
X8D SAFE-L.OPENED 左安全爪开到位
X8E SAFE-R.OPENED 右安全爪开到位
X90 SAFE-L.CLOSED 左安全爪闭到位
X91 SAFE-R.CLOSED 右安全爪闭到位
X92 CLASP-OPENED 抱闸开到位
X93 CLASP-CLOSED 抱闸闭到位
X94 PUSH-ENABLE 后辅机允许推出
X95 CAR-OVERLOAD 称量车电机过载
X96 QUIVER-OVERLOAD 振动电机过载
X97 BP.RUNNING 变频运行
X98 BP.ALARM 变频报警
X99 SYS.AUTO 系统手自动切换
X9A OIL-LOW 低油压
X9B BP.GIVE-M 点动补料
X9C GIVE-SAFE 布料安全
YA1 CLAMP-CLOSE 模具加紧
YAl CLAMP-OPEN 模具放松
YA2 HAMMER-DOWN 重锤下降
YA3 HAMMER-UP 重锤上升
YA4 MOLD-UP 模具上升
YA5 MOLD-DOWN 模具下降
YA6 PUSH-GO 推进器推出
YA7 OIL-GUSH 喷油
YA8 DOOR-OPEN 开车门
YA9 BP.FWD 变频下料
YAA BP.RESET 变频复位
YB0 CAR-GO 程量车送料
YBl CAR-BACK 程量车返回
YB2 QUIVER-START 振动开始
YB3 CLASP-OPEN 开抱闸
YB6 TRANS.RUN 板式机运行
3.3 通过变频器控制圆盘螺旋下料机的电机转速来控制炭块的重量。
三菱A2ASCPFSI系列I/0点数量能达到1024点，程序语言使用梯形图或指令字语言，程序容量可达到64K步，并具有自诊断功能。
4 控制过程的实现
控制过程有4个操作程序：1、下料；2、装料；3、振动挤压、脱模；4、炭块推出、冷却输送。贯穿于振动成型过程中的主要问题是正确掌握温度、压力、振动频率、振动时间、推出速度。
4.1 下料
经过混捏好的糊料，一般温度在130℃-140℃左右，从圆盘螺旋下料机顶部加料口加入，经分料器的上部锥体分布在圆盘上。在下料前，首先检查判断糊料斗称量车是否在圆盘螺旋下料机的下方等待接料，然后控制变频器输出驱动圆盘螺旋下料机电机的螺旋转速，对糊料斗称量车下料，下料过程由快到慢以满足炭块的重量。糊料斗车连同行走铁轨装有TOLEDO衡器公司生产的称重装置用于计量炭块的重量。炭块的重量可根据产品的类型、要求由上位机给定。
4.2 装料
装料前PLC首先检查判断模具到位、模具安全爪夹紧到位、重锤上升到位、重锤安全爪夹紧到位等信号，然后打开糊料斗称量车的抱闸驱动小车送料，行走到模具口上方时停止行走关抱闸，然后糊料斗称量车底开门把称好的糊料放入模具中。
4.3 振动挤压、脱模
1、振动挤压：此时PLC检查判断糊料斗称量车存在返回到位信号，然后重锤安全爪松开并到位，重锤下降并到位，开始驱动2台振动电机带动偏心振子转动，不平衡质量回转引起惯性力迫使振动台振动。又由于2个振动器转动方向相反、同步，使它们的惯性合力水平方向为零，只有在垂直方向产生激动力。振动台上的模具和装在模具内的糊料都处于强烈的振动状态。虽然振幅不大（一般在1～2mm），但振动频率很高（40～50HZ），它们的运动速度很快，振动周期在0.02秒左右，将产生大的加速度，这个加速度大大超过重力加速度，是它的几十倍至几百倍，因此糊料颗粒质量大小不同，获得的惯性力也不同，颗粒界面间产生应力，而这个应力超过糊料的内聚力，便产生相对位移。同时，在强烈的振动下，糊料颗粒间的内摩擦力及糊料与模具壁之间的外摩擦力也急剧下降，糊料便具有重液体的液体性质，跳跃着的糊料迅速充填到模具的各个角落，较小的颗粒充填到大颗粒间的空隙中去，从而得到具有规定形状的高密度程度的产品。
2、振动时间：是从重锤落到糊料面到完成振动所需的时间。振动时间短，则糊料密度低，既孔隙度大。铝电解用预熔阳极炭块振动时间为1～2分钟。振动时间可根据产品在现场整定。
3、脱模：输出信号驱动重锤上升并到位，重锤安全爪夹紧并到位；模具安全爪松开并到位，驱动模具上升且到位。
4.4 炭块推出、冷却输送
1、炭块推出：驱动推出器从振动台推出炭块，在推出过程中对产品的高度进行检测。测高仪选用西安适盛测试设备公司的激光测高仪表，用来测试产品的质量。
2、冷却输送：被推出的产品马上在凉水中冷却，防止产品冷却的弯曲和变形。冷却时间应根据季节、产品直径大小、冷却水的温度TE103，现场整定。冷却完成后，驱动板式输送机输送炭块到炭块堆场，检查合格后堆放。
5、结束语
本系统已投入运行，软件设计完善，功能齐全，运行效果稳定可靠，性能良好。自动控制的实现，大大降低了操作工的工作强度，提高了工作效率，达到了节能降耗的目的。该系统是PLC在实际生产中的成功应用，可为业内同行借鉴。
我公司炭素厂原使用的振动成型机是人工手动调节，炭块的重量、高度波动范围大，对产品的产量和质量有较大的影响。为此必须根据人工操作积累的经验设计一种具有较高智能、高可靠度的自动控制系统，来提高炭素振动成型生产的产能和合格率，延长电气设备的运转周期，缩短故障检修时间，降低生产成本和岗位操作工的劳动强度。
2 系统组成
PLC是采用微处理器技术的新型工业控制装置，是一种使用可编程序存储器来存储设备所需专用程序的电气设备。它具有将逻辑运算顺序操作，限时，计时以及算术运算，数据通讯等功能，通过数字量或模拟量的输入/输出模板去控制各种设备或过程。其硬件结构如图1所示。
它采用了大规模的集成电路，故特别适应于高温、潮湿、电磁干扰、机械振动大的比较恶劣的工业现场环境。输入/输出接口组件的模块化，系统设计时根据被控对象的要求，选择必要的功能模块组成控制系统，大大提高了工程效率和系统的可靠性。
在该控制系统中选用日本三菱公司的PLCMITSUBISHI A1S小型系列作为下位机。它具有成本低、功能强的特点。上位机选择惠普P III微机，配以美国Intellution FIX软件，ORMON公司的继电器、行程开关，德国威德米勒隔离器、变送器，安川变频器等组成自动控制系统。系统总貌图如图2所示。
3 系统功能
3.1 该系统的上位机系统功能如下：
1．实时反映工艺流程，形象再现生产过程（系统主画面图见图3）；
2．图表显示生产数据，方便操作工了解生产状况；
3．及时产生报警信息并予以打印，帮助操作工查找分析故障原因；
4．以曲线形式在线生产数据，方便查找历史数据，分析生产趋势；
5．以报表打印形式反映生产状况；
6．帮助操作工实现电机连锁开、停，并反映电机启动停车的有关信息；
7．给定控制工艺参数。
3.2 该系统的下位机功能如下：
1．数据采集：通过PLC AlS68AD转换模板对冷却水温度、糊料温度、糊料计量称、油箱油温、油箱油压、炭块高度、变频器电流进行模拟采集，并转换成FIX认可的数据格式（系统主要测点如下图4）。
2．电机连锁控制，以简单易行的PLC取代以往繁琐复杂、故障率高的电气连锁控制，并实现操作工远程开、停电机的功能。主要I/0点安排如下：
I/O Name Comment Remark
X80 CAR-EAST 称量车回到位
X81 CAR-WEST 称量车送料到位
X82 CAR-CLOSED 称量车门闭到位
X83 CLAMP-L CLOSED 左模夹紧到位
X84 CLAMP-R.CLOSED 右模夹紧到位
X85 CLAMP-L.OPENED 左模夹放松到位
X86 CLMP.R.OPENED 右模夹放松到位
X87 HAMMER-HIGH 重锤上升到位
X88 HAMMER-LOW 重锤下降到位
X89 MOLD-HIGH 模具上升到位
X8A MOLD-LOW 模具下降到位
X8B PUSH-OUT 推进器推出到位
X8C PUSH-IN 推进器返回到位
X8D SAFE-L.OPENED 左安全爪开到位
X8E SAFE-R.OPENED 右安全爪开到位
X90 SAFE-L.CLOSED 左安全爪闭到位
X91 SAFE-R.CLOSED 右安全爪闭到位
X92 CLASP-OPENED 抱闸开到位
X93 CLASP-CLOSED 抱闸闭到位
X94 PUSH-ENABLE 后辅机允许推出
X95 CAR-OVERLOAD 称量车电机过载
X96 QUIVER-OVERLOAD 振动电机过载
X97 BP.RUNNING 变频运行
X98 BP.ALARM 变频报警
X99 SYS.AUTO 系统手自动切换
X9A OIL-LOW 低油压
X9B BP.GIVE-M 点动补料
X9C GIVE-SAFE 布料安全
YA1 CLAMP-CLOSE 模具加紧
YAl CLAMP-OPEN 模具放松
YA2 HAMMER-DOWN 重锤下降
YA3 HAMMER-UP 重锤上升
YA4 MOLD-UP 模具上升
YA5 MOLD-DOWN 模具下降
YA6 PUSH-GO 推进器推出
YA7 OIL-GUSH 喷油
YA8 DOOR-OPEN 开车门
YA9 BP.FWD 变频下料
YAA BP.RESET 变频复位
YB0 CAR-GO 程量车送料
YBl CAR-BACK 程量车返回
YB2 QUIVER-START 振动开始
YB3 CLASP-OPEN 开抱闸
YB6 TRANS.RUN 板式机运行
3.3 通过变频器控制圆盘螺旋下料机的电机转速来控制炭块的重量。
三菱A2ASCPFSI系列I/0点数量能达到1024点，程序语言使用梯形图或指令字语言，程序容量可达到64K步，并具有自诊断功能。
4 控制过程的实现
控制过程有4个操作程序：1、下料；2、装料；3、振动挤压、脱模；4、炭块推出、冷却输送。贯穿于振动成型过程中的主要问题是正确掌握温度、压力、振动频率、振动时间、推出速度。
4.1 下料
经过混捏好的糊料，一般温度在130℃-140℃左右，从圆盘螺旋下料机顶部加料口加入，经分料器的上部锥体分布在圆盘上。在下料前，首先检查判断糊料斗称量车是否在圆盘螺旋下料机的下方等待接料，然后控制变频器输出驱动圆盘螺旋下料机电机的螺旋转速，对糊料斗称量车下料，下料过程由快到慢以满足炭块的重量。糊料斗车连同行走铁轨装有TOLEDO衡器公司生产的称重装置用于计量炭块的重量。炭块的重量可根据产品的类型、要求由上位机给定。
4.2 装料
装料前PLC首先检查判断模具到位、模具安全爪夹紧到位、重锤上升到位、重锤安全爪夹紧到位等信号，然后打开糊料斗称量车的抱闸驱动小车送料，行走到模具口上方时停止行走关抱闸，然后糊料斗称量车底开门把称好的糊料放入模具中。
4.3 振动挤压、脱模
1、振动挤压：此时PLC检查判断糊料斗称量车存在返回到位信号，然后重锤安全爪松开并到位，重锤下降并到位，开始驱动2台振动电机带动偏心振子转动，不平衡质量回转引起惯性力迫使振动台振动。又由于2个振动器转动方向相反、同步，使它们的惯性合力水平方向为零，只有在垂直方向产生激动力。振动台上的模具和装在模具内的糊料都处于强烈的振动状态。虽然振幅不大（一般在1～2mm），但振动频率很高（40～50HZ），它们的运动速度很快，振动周期在0.02秒左右，将产生大的加速度，这个加速度大大超过重力加速度，是它的几十倍至几百倍，因此糊料颗粒质量大小不同，获得的惯性力也不同，颗粒界面间产生应力，而这个应力超过糊料的内聚力，便产生相对位移。同时，在强烈的振动下，糊料颗粒间的内摩擦力及糊料与模具壁之间的外摩擦力也急剧下降，糊料便具有重液体的液体性质，跳跃着的糊料迅速充填到模具的各个角落，较小的颗粒充填到大颗粒间的空隙中去，从而得到具有规定形状的高密度程度的产品。
2、振动时间：是从重锤落到糊料面到完成振动所需的时间。振动时间短，则糊料密度低，既孔隙度大。铝电解用预熔阳极炭块振动时间为1～2分钟。振动时间可根据产品在现场整定。
3、脱模：输出信号驱动重锤上升并到位，重锤安全爪夹紧并到位；模具安全爪松开并到位，驱动模具上升且到位。
4.4 炭块推出、冷却输送
1、炭块推出：驱动推出器从振动台推出炭块，在推出过程中对产品的高度进行检测。测高仪选用西安适盛测试设备公司的激光测高仪表，用来测试产品的质量。
2、冷却输送：被推出的产品马上在凉水中冷却，防止产品冷却的弯曲和变形。冷却时间应根据季节、产品直径大小、冷却水的温度TE103，现场整定。冷却完成后，驱动板式输送机输送炭块到炭块堆场，检查合格后堆放。
5、结束语
本系统已投入运行，软件设计完善，功能齐全，运行效果稳定可靠，性能良好。自动控制的实现，大大降低了操作工的工作强度，提高了工作效率，达到了节能降耗的目的。该系统是PLC在实际生产中的成功应用，可为业内同行借鉴。
浙公网安备33010502003188号
