PLC在双工位振动成型系统中的应用

摘 要：振动成型系统是来自混捏工序的阳极糊料，从混捏锅底部排入电动平板小车料斗内，然后送入到振动成型机的均温锅中保温并搅拌，搅拌后的糊料从均温锅底部进入称量小车，称量计数到位后，关闭均温锅底门。称量小车行走到成型机模具上方停止位，自动打开料门下料至模具里，然后返回加料位。重锤下降到模具中接触料面到位后开始振动成型，振动结束后开始脱模，并将成型后的炭块推入下水装置并送至冷却板式输送机上，输送的过程中经过冷水浸泡冷却，最后经过板式输送机前端光电开关进行炭块的编组，使炭块编成21块停留在板式输送机的末端等待天车吊到炭块库摆放。本次振动成型控制系统设计分为手动控制和自动控制两种方式，控制方式多样，是具有较高智能、高可靠度的控制系统。本系统具有提高炭素振动成型生产的产能和合格率，降低能耗，硬件设备安全可靠，故障率低，维修方便，减轻操作人员劳动强度等特点。

关键词：双工位振动成型机；西门子PLC；碳素

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.10.033

1 系统组成

本次控制系统中选用SIEMENS300系列PLC（CPU：315-2PN/DP）作为下位机，其特点是功能强且成本低。上位机选择戴尔商务机，配以SIEMENS WINCC上位机软件，ORMON公司的继电器、行程开关，托利多称重传感器、变送器，ABB变频器，液压站等组成自动控制系统。

2 系统功能

2.1 该系统的上位机系统功能如下

（1）工艺流程状态实时反映，生产过程再现形象直观；

（2）实时更新生产数据，便于操作人员精确了解生产状态；

（3）采用声光的形式实时报警并同时生成报警信息，使操作人员更好的分析故障原因并及时处理；

（4）生成趋势图，使管理者更好分析生产状态，指导生产；

（5）可以生成报表并予以打印，供管理者参考；

（6）实时反映各个生产设备状态并控制设备的启停以及生产工艺参数的下发。

2.2 该系统的下位机功能如下

（1）模拟量采集：通过PLC 对糊料计量称重、油箱油温、油箱油压、炭块高度、变频器电流，振动时间，振动频率，辊道转速等进行模拟采集，并传输到上位机画面显示。

（2）联锁控制：摒弃繁琐复杂、故障率高的电气连锁控制，以简单易行的PLC取代之，并实现操作人员远程启、停设备的功能。本次设备振动成型部分主要动力来源于液压系统，控制电磁阀开关使设备动作。输送系统采用减速电机带动辊道输送。振动成型系统控制顺序如下：

1）均温锅接收到自混捏工序的阳极糊料搅拌，然后根据工艺要求向称量小车配料.

2）称量小车称重结束后行驶到模具上方，将配料倒入模具中然后返回原始位置.

3）重锤下落到位后，根据振动时间振动挤压。计时结束后重锤上升到位，模具上升开始脱模。

4）脱模后由推块装置将成型炭块推到打号测高位并测高打号，接着推入下水装置，由下水装置将炭块放入到冷却输送系统中。

5）炭块在冷却系统中行走并在最后一段板式输送机完成编组。

此系统属于步进控制系统，每一步都需要联锁满足的情况下才允许进行下一步动作，否则可能造成设备损害。

3 控制过程的实现

3.1 下料

糊料在均温锅中混捏好后的温度一般在130℃-150℃左右，通过均温锅底门的开关对称量小车下料，下料过程通过称量小车上的计量称重判断来满足炭块的重量。称量小车上装有梅特勒-托利多公司生产的称重装置用于计量炭块的重量。炭块的重量则要求由上位机给定其依据为产品的类型。

3.2 装料

装料前PLC首先检查判断振台模具下降到位、重锤上升到位、重锤安全钳夹紧到位等信号，全部满足后开始驱动小车送料，若条件不满足则小车不会动作。小车行走到模具口上方限位后停止，然后称量小车开底门把称好的糊料放入模具中。

3.3 振动挤压、脱模

（1）振动挤压：此时PLC检查判断称量小车回到原始位信号、重锤安全钳松开到位信号、重锤下降到位信号，信号都满足后开始驱动2台振动电机带动偏心振子转动，在偏心振动子的作用下，使平台产生振动，从而使平台上部模具内的物料发生振动，使物料内部相互之间的摩擦力有效降低，联合上部重锤的作用，重新排列物料，达到预期的效果。振动频率可以在上位机设定。

（2）振动时间：振动时间可根据生产工艺要求在上位机进行设定调整，本次设计铝电解用预熔阳极炭块振动时间为90秒。

（3）脱模：振动结束后，液压系统驱动重锤上升并到位，重锤安全钳夹紧并到位，驱动振台模具上升并到位。

3.4 炭块推出、冷却输送

（1）炭块推出：炭块由驱动推出器从振动台推出，在这个过程中同时检测产品的高度。测高部分选用梅特勒-托利多直线位移装置，用来测试产品的高度和质量。

（2）冷却输送：被推出的产品送入下水装置，下水装置下降把炭块放入水中通过下水装置的推杆把炭块推到输送系统中的水浴辊道（冷却板式输送机）上使炭块在水中冷却，防止产品冷却的弯曲和变形。冷却完成后，驱动板式输送机输送炭块到炭块堆场，编组，检查合格后堆放。

4 结束语

本系统已投入运行，并在多家大型铝厂中使用。软件设计完善合理，功能齐全，硬件安全可靠，系统运行效率大大提高，达到高产量低能耗的设计初衷。系统可以完全实现自动控制，减少人为操作，杜绝误操作带来的影响，也减轻了操作人员的劳动强度，减员增效的效果显著。