PLC在炭素振动成型机中的应用

PLC在炭素振动成型机中的应用

炭素成型生产是炭素配料、混捏后的又一生产重要环节。成型就是将混捏好的糊料用加压设备压制成所需要的形状和尺寸以及具有较高密度的半成品（生坯）。我公司炭素厂使用振动成型方法，主要生产炼铝用预焙阳极和高炉用的炭块等。

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。