PLC在炭素振動(dòng)成型機(jī)中的應(yīng)用

1　系統(tǒng)介紹
　　炭素成型生產(chǎn)是炭素配料、混捏后的又一生產(chǎn)重要環(huán)節(jié)。成型就是將混捏好的糊料用加壓設(shè)備壓制成所需要的形狀和尺寸以及具有較高密度的半成品（生坯）。我公司炭素廠使用振動(dòng)成型方法，主要生產(chǎn)煉鋁用預(yù)焙陽極和高爐用的炭塊等。
　　振動(dòng)成型主要設(shè)備有振動(dòng)臺、模具和重錘，將盛裝熱糊料的模具放在振動(dòng)臺上，然后把重錘壓在糊料表面上開動(dòng)振動(dòng)臺，使糊料受到振幅小而頻率高的強(qiáng)迫振動(dòng)，在強(qiáng)烈的振動(dòng)下糊料顆粒間的及糊料與模具壁間的摩擦力減小，顆粒移動(dòng)并合理分布，得到具有規(guī)定形狀的高密度的產(chǎn)品。壓好的半成品經(jīng)冷卻、檢查后堆放。
　　我公司炭素廠原使用的振動(dòng)成型機(jī)是人工手動(dòng)調(diào)節(jié)，炭塊的重量、高度波動(dòng)范圍大，對產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量有較大的影響。為此必須根據(jù)人工操作積累的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)一種具有較高智能、高可靠度的自動(dòng)控制系統(tǒng)，來提高炭素振動(dòng)成型生產(chǎn)的產(chǎn)能和合格率，延長電氣設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)周期，縮短故障檢修時(shí)間，降低生產(chǎn)成本和崗位操作工的勞動(dòng)強(qiáng)度。

　　2　系統(tǒng)組成
　　PLC是采用微處理器技術(shù)的新型工業(yè)控制裝置，是一種使用可編程序存儲器來存儲設(shè)備所需專用程序的電氣設(shè)備。它具有將邏輯運(yùn)算順序操作，限時(shí)，計(jì)時(shí)以及算術(shù)運(yùn)算，數(shù)據(jù)通訊等功能，通過數(shù)字量或模擬量的輸入/輸出模板去控制各種設(shè)備或過程。其硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。
　　它采用了大規(guī)模的集成電路，故特別適應(yīng)于高溫、潮濕、電磁干擾、機(jī)械振動(dòng)大的比較惡劣的工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境。輸入/輸出接口組件的模塊化，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)被控對象的要求，選擇必要的功能模塊組成控制系統(tǒng)，大大提高了工程效率和系統(tǒng)的可靠性。
　　在該控制系統(tǒng)中選用日本三菱公司的PLCMITSUBISHI A1S小型系列作為下位機(jī)。它具有成本低、功能強(qiáng)的特點(diǎn)。上位機(jī)選擇惠普P III微機(jī)，配以美國Intellution FIX軟件，ORMON公司的繼電器、行程開關(guān)，德國威德米勒隔離器、變送器，安川變頻器等組成自動(dòng)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)總貌圖如圖2所示。

　　3　系統(tǒng)功能
　　3.1　該系統(tǒng)的上位機(jī)系統(tǒng)功能如下：
　　1．實(shí)時(shí)反映工藝流程，形象再現(xiàn)生產(chǎn)過程（系統(tǒng)主畫面圖見圖3）；
　　2．圖表顯示生產(chǎn)數(shù)據(jù)，方便操作工了解生產(chǎn)狀況；
　　3．及時(shí)產(chǎn)生報(bào)警信息并予以打印，幫助操作工查找分析故障原因；
　　4．以曲線形式在線生產(chǎn)數(shù)據(jù)，方便查找歷史數(shù)據(jù)，分析生產(chǎn)趨勢；
　　5．以報(bào)表打印形式反映生產(chǎn)狀況；
　　6．幫助操作工實(shí)現(xiàn)電機(jī)連鎖開、停，并反映電機(jī)啟動(dòng)停車的有關(guān)信息；
　　7．給定控制工藝參數(shù)。
　　3.2　該系統(tǒng)的下位機(jī)功能如下：
　　1．?dāng)?shù)據(jù)采集：通過PLC AlS68AD轉(zhuǎn)換模板對冷卻水溫度、糊料溫度、糊料計(jì)量稱、油箱油溫、油箱油壓、炭塊高度、變頻器電流進(jìn)行模擬采集，并轉(zhuǎn)換成FIX認(rèn)可的數(shù)據(jù)格式（系統(tǒng)主要測點(diǎn)如下圖4）。
　　2．電機(jī)連鎖控制，以簡單易行的PLC取代以往繁瑣復(fù)雜、故障率高的電氣連鎖控制，并實(shí)現(xiàn)操作工遠(yuǎn)程開、停電機(jī)的功能。主要I/0點(diǎn)安排如下：
I/O Name 　　　　　　　Comment Remark
X80 CAR-EAST　　　　　　稱量車回到位
X81 CAR-WEST　　　　　　稱量車送料到位
X82 CAR-CLOSED　　　　　稱量車門閉到位
X83 CLAMP-L CLOSED　　　左模夾緊到位
X84 CLAMP-R.CLOSED　　　右模夾緊到位
X85 CLAMP-L.OPENED　　　左模夾放松到位
X86 CLMP.R.OPENED　　　　右模夾放松到位
X87 HAMMER-HIGH　　　　　重錘上升到位
X88 HAMMER-LOW　　　　　重錘下降到位
X89 MOLD-HIGH　　　　　　模具上升到位
X8A MOLD-LOW　　　　　　　模具下降到位
X8B PUSH-OUT　　　　　　　推進(jìn)器推出到位
X8C PUSH-IN　　　　　　　推進(jìn)器返回到位
X8D SAFE-L.OPENED 　左安全爪開到位
X8E SAFE-R.OPENED 　右安全爪開到位
X90 SAFE-L.CLOSED 　左安全爪閉到位
X91 SAFE-R.CLOSED 　右安全爪閉到位
X92 CLASP-OPENED 　抱閘開到位
X93 CLASP-CLOSED 　抱閘閉到位
X94 PUSH-ENABLE 　后輔機(jī)允許推出
X95 CAR-OVERLOAD 　稱量車電機(jī)過載
X96 QUIVER-OVERLOAD 　振動(dòng)電機(jī)過載
X97 BP.RUNNING 　變頻運(yùn)行
X98 BP.ALARM 　　　　　　變頻報(bào)警
X99 SYS.AUTO 　　　　　　系統(tǒng)手自動(dòng)切換
X9A OIL-LOW 　　　　　　低油壓
X9B BP.GIVE-M 　　　　　　點(diǎn)動(dòng)補(bǔ)料
X9C GIVE-SAFE 　　　　　　布料安全
YA1 CLAMP-CLOSE 　模具加緊
YAl CLAMP-OPEN 　模具放松
YA2 HAMMER-DOWN 　重錘下降
YA3 HAMMER-UP 　　　　　　重錘上升
YA4 MOLD-UP 　　　　　　模具上升
YA5 MOLD-DOWN 　　　　　　模具下降
YA6 PUSH-GO 　　　　　　推進(jìn)器推出
YA7 OIL-GUSH　　　　　　　噴油
YA8 DOOR-OPEN 　　　　　　開車門
YA9 BP.FWD　　　　　　　　變頻下料
YAA BP.RESET　　　　　　　變頻復(fù)位
YB0 CAR-GO　　　　　　　　程量車送料
YBl CAR-BACK　　　　　　　程量車返回
YB2 QUIVER-START　　　　　振動(dòng)開始
YB3 CLASP-OPEN　　　　　　開抱閘
YB6 TRANS.RUN 　　　　　　板式機(jī)運(yùn)行
　　3.3　通過變頻器控制圓盤螺旋下料機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)速來控制炭塊的重量。
　　三菱A2ASCPFSI系列I/0點(diǎn)數(shù)量能達(dá)到1024點(diǎn)，程序語言使用梯形圖或指令字語言，程序容量可達(dá)到64K步，并具有自診斷功能。
　　4　控制過程的實(shí)現(xiàn)
　　控制過程有4個(gè)操作程序：1、下料；2、裝料；3、振動(dòng)擠壓、脫模；4、炭塊推出、冷卻輸送。貫穿于振動(dòng)成型過程中的主要問題是正確掌握溫度、壓力、振動(dòng)頻率、振動(dòng)時(shí)間、推出速度。
　　4.1下料
　　經(jīng)過混捏好的糊料，一般溫度在130℃-140℃左右，從圓盤螺旋下料機(jī)頂部加料口加入，經(jīng)分料器的上部錐體分布在圓盤上。在下料前，首先檢查判斷糊料斗稱量車是否在圓盤螺旋下料機(jī)的下方等待接料，然后控制變頻器輸出驅(qū)動(dòng)圓盤螺旋下料機(jī)電機(jī)的螺旋轉(zhuǎn)速，對糊料斗稱量車下料，下料過程由快到慢以滿足炭塊的重量。糊料斗車連同行走鐵軌裝有TOLEDO衡器公司生產(chǎn)的稱重裝置用于計(jì)量炭塊的重量。炭塊的重量可根據(jù)產(chǎn)品的類型、要求由上位機(jī)給定。
　　4.2裝料
　　裝料前PLC首先檢查判斷模具到位、模具安全爪夾緊到位、重錘上升到位、重錘安全爪夾緊到位等信號，然后打開糊料斗稱量車的抱閘驅(qū)動(dòng)小車送料，行走到模具口上方時(shí)停止行走關(guān)抱閘，然后糊料斗稱量車底開門把稱好的糊料放入模具中。
　　4.3振動(dòng)擠壓、脫模
　　1、振動(dòng)擠壓：此時(shí)PLC檢查判斷糊料斗稱量車存在返回到位信號，然后重錘安全爪松開并到位，重錘下降并到位，開始驅(qū)動(dòng)2臺振動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)偏心振子轉(zhuǎn)動(dòng)，不平衡質(zhì)量回轉(zhuǎn)引起慣性力迫使振動(dòng)臺振動(dòng)。又由于2個(gè)振動(dòng)器轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反、同步，使它們的慣性合力水平方向?yàn)榱悖挥性诖怪狈较虍a(chǎn)生激動(dòng)力。振動(dòng)臺上的模具和裝在模具內(nèi)的糊料都處于強(qiáng)烈的振動(dòng)狀態(tài)。雖然振幅不大（一般在1~2mm），但振動(dòng)頻率很高（40~50HZ），它們的運(yùn)動(dòng)速度很快，振動(dòng)周期在0.02秒左右，將產(chǎn)生大的加速度，這個(gè)加速度大大超過重力加速度，是它的幾十倍至幾百倍，因此糊料顆粒質(zhì)量大小不同，獲得的慣性力也不同，顆粒界面間產(chǎn)生應(yīng)力，而這個(gè)應(yīng)力超過糊料的內(nèi)聚力，便產(chǎn)生相對位移。同時(shí)，在強(qiáng)烈的振動(dòng)下，糊料顆粒間的內(nèi)摩擦力及糊料與模具壁之間的外摩擦力也急劇下降，糊料便具有重液體的液體性質(zhì)，跳躍著的糊料迅速充填到模具的各個(gè)角落，較小的顆粒充填到大顆粒間的空隙中去，從而得到具有規(guī)定形狀的高密度程度的產(chǎn)品。
　　2、振動(dòng)時(shí)間：是從重錘落到糊料面到完成振動(dòng)所需的時(shí)間。振動(dòng)時(shí)間短，則糊料密度低，既孔隙度大。鋁電解用預(yù)熔陽極炭塊振動(dòng)時(shí)間為1~2分鐘。振動(dòng)時(shí)間可根據(jù)產(chǎn)品在現(xiàn)場整定。
　　3、脫模：輸出信號驅(qū)動(dòng)重錘上升并到位，重錘安全爪夾緊并到位；模具安全爪松開并到位，驅(qū)動(dòng)模具上升且到位。
　　4.4炭塊推出、冷卻輸送
　　1、炭塊推出：驅(qū)動(dòng)推出器從振動(dòng)臺推出炭塊，在推出過程中對產(chǎn)品的高度進(jìn)行檢測。測高儀選用西安適盛測試設(shè)備公司的激光測高儀表，用來測試產(chǎn)品的質(zhì)量。
　　2、冷卻輸送：被推出的產(chǎn)品馬上在涼水中冷卻，防止產(chǎn)品冷卻的彎曲和變形。冷卻時(shí)間應(yīng)根據(jù)季節(jié)、產(chǎn)品直徑大小、冷卻水的溫度TE103，現(xiàn)場整定。冷卻完成后，驅(qū)動(dòng)板式輸送機(jī)輸送炭塊到炭塊堆場，檢查合格后堆放。
　　5、結(jié)束語
　　本系統(tǒng)已投入運(yùn)行，軟件設(shè)計(jì)完善，功能齊全，運(yùn)行效果穩(wěn)定可靠，性能良好。自動(dòng)控制的實(shí)現(xiàn)，大大降低了操作工的工作強(qiáng)度，提高了工作效率，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。該系統(tǒng)是PLC在實(shí)際生產(chǎn)中的成功應(yīng)用，可為業(yè)內(nèi)同行借鑒。