丁腈橡膠目標(biāo)靶控制系統(tǒng)的技術(shù)改造

王 林 孫寶歧 黃光靈

(中國(guó)石油蘭州石化公司電儀事業(yè)部，蘭州 730060)

丁腈橡膠目標(biāo)靶控制系統(tǒng)的技術(shù)改造

王 林 孫寶歧 黃光靈

(中國(guó)石油蘭州石化公司電儀事業(yè)部，蘭州 730060)

針對(duì)丁腈橡膠干燥箱存在干燥效果欠佳的問(wèn)題，從目標(biāo)靶控制系統(tǒng)入手，對(duì)氣動(dòng)和電控系統(tǒng)分別進(jìn)行了技術(shù)改造。實(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明：對(duì)控制氣缸重新選型擴(kuò)大了目標(biāo)靶的調(diào)整范圍，能夠滿足產(chǎn)量變化的工藝生產(chǎn)要求；目標(biāo)靶可根據(jù)工藝控制要求實(shí)現(xiàn)位置的自動(dòng)糾偏，保障了安全生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量。

目標(biāo)靶控制系統(tǒng) 丁腈橡膠 技術(shù)改造 電磁閥 磁致伸縮位移傳感器

目前，合成橡膠干燥系統(tǒng)大多采用帶式干燥器，橡膠顆粒在干燥網(wǎng)帶上分布的均勻性將直接影響干燥效果[1]，進(jìn)而影響橡膠成品質(zhì)量，因此均勻布料器在干燥系統(tǒng)中具有關(guān)鍵作用。由于橡膠顆粒流動(dòng)性較差，料斗式和螺旋輸送式喂料機(jī)均無(wú)法滿足要求，因此目前主要使用擺動(dòng)式均勻布料器和目標(biāo)靶均勻布料器。兩種布料器的結(jié)構(gòu)差異較大，擺動(dòng)式均勻布料器主要由料斗、擺動(dòng)導(dǎo)料槽和傳動(dòng)裝置組成[1]，其工作原理是通過(guò)導(dǎo)料槽的來(lái)回?cái)[動(dòng)實(shí)現(xiàn)物料的均勻分布，但設(shè)備體積較大，現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)大，機(jī)械傳動(dòng)裝置動(dòng)作頻繁，易發(fā)生機(jī)械故障。目標(biāo)靶均勻布料器主要由目標(biāo)靶本體、目標(biāo)靶氣動(dòng)系統(tǒng)和目標(biāo)靶電控系統(tǒng)組成，當(dāng)風(fēng)送系統(tǒng)輸送的橡膠顆粒與目標(biāo)靶板發(fā)生碰撞后，物料均勻?yàn)⒙湓诟稍锵渚W(wǎng)板上。目標(biāo)靶在電氣控制系統(tǒng)的聯(lián)合控制下可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)垂直和水平兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，即可調(diào)整目標(biāo)靶板至合適的位置使物料分布均勻，其控制精度高，在工藝負(fù)荷穩(wěn)定的情況下基本無(wú)需調(diào)節(jié)，因此被廣泛應(yīng)用于合成橡膠干燥系統(tǒng)中。

然而，丁腈橡膠裝置目標(biāo)靶原系統(tǒng)氣缸行程較短(垂直和水平位置均只可調(diào)節(jié)20～30mm)，導(dǎo)致目標(biāo)靶調(diào)節(jié)范圍十分有限。當(dāng)橡膠產(chǎn)量發(fā)生變化時(shí)，無(wú)法使靶板達(dá)到適當(dāng)位置以保證濕膠在干燥器網(wǎng)板上均勻分布，影響干燥效果，造成成品膠水分超標(biāo)，產(chǎn)品質(zhì)量不合格。另外，由于氣缸常年使用，活塞磨損嚴(yán)重，當(dāng)運(yùn)行一段時(shí)間后，氣缸泄漏等問(wèn)題會(huì)造成目標(biāo)靶位置跑偏，需要人為手動(dòng)干預(yù)，導(dǎo)致系統(tǒng)不能及時(shí)保障安全生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量。筆者針對(duì)目前存在的問(wèn)題，通過(guò)應(yīng)用PLC控制系統(tǒng)，對(duì)控制氣缸重新進(jìn)行選型以擴(kuò)大目標(biāo)靶位置調(diào)整范圍，在控制目標(biāo)靶位置的同時(shí)對(duì)它進(jìn)行精確檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)靶水平和垂直位置的自動(dòng)控制功能。

1 橡膠干燥箱簡(jiǎn)介

橡膠干燥箱是各種合成橡膠(如丁苯橡膠和丁腈橡膠)生產(chǎn)線上的專用設(shè)備，其作用是對(duì)經(jīng)過(guò)擠壓機(jī)脫水后的橡膠顆粒進(jìn)行干燥，將水分蒸發(fā)掉以達(dá)到后續(xù)工序要求。橡膠干燥箱采用單層帶式干燥器，利用熱風(fēng)循環(huán)、對(duì)流干燥的方式對(duì)橡膠進(jìn)行干燥。其中，目標(biāo)靶是干燥箱的關(guān)鍵部件之一，擠壓脫水后的濕膠粒通過(guò)高壓風(fēng)機(jī)進(jìn)入干燥箱進(jìn)料室，在進(jìn)料室內(nèi)與目標(biāo)靶碰撞，從而均勻地分布在不銹鋼多空鏈板上。根據(jù)實(shí)際需要，改變目標(biāo)靶的水平或垂直角度，可以調(diào)整膠粒在鏈板上的分布狀態(tài)。膠粒隨鏈板的前進(jìn)以層狀輸送，陸續(xù)通過(guò)10個(gè)干燥室，每個(gè)干燥室有獨(dú)立的溫度控制回路，熱風(fēng)自下而上穿過(guò)膠層使橡膠干燥，膠層厚度可以通過(guò)改變鏈帶速度進(jìn)行調(diào)節(jié)。

2 氣動(dòng)系統(tǒng)的改造

氣動(dòng)系統(tǒng)為目標(biāo)靶提供動(dòng)力，它通過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)即氣缸將氣體的壓力能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能輸出，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)靶垂直和水平兩個(gè)方向的調(diào)整。其硬件組成主要包括帶內(nèi)置直線位移傳感器的氣缸、電磁換向閥、調(diào)速閥及過(guò)濾減壓閥等。

為了擴(kuò)大目標(biāo)靶的調(diào)節(jié)范圍，需要對(duì)氣缸的行程進(jìn)行放大，原氣缸行程僅20mm左右，本次改造將氣缸行程放大到90mm，包括水平和垂直位置。

目標(biāo)靶氣動(dòng)系統(tǒng)通過(guò)電控系統(tǒng)對(duì)電磁換向閥進(jìn)行控制，從而驅(qū)動(dòng)氣缸做直線運(yùn)動(dòng)，完成目標(biāo)靶位置的調(diào)整，并通過(guò)氣控單向閥對(duì)目標(biāo)靶位置進(jìn)行保壓定位。電控系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)，氣源箱系統(tǒng)供氣，此時(shí)電磁閥左端線圈上電，電磁換向閥左位工作，壓縮空氣經(jīng)過(guò)先導(dǎo)式單向閥和雙向節(jié)流閥使目標(biāo)靶伸出，直到到達(dá)設(shè)定的位置時(shí)，由位移傳感器將模擬信號(hào)送入PLC系統(tǒng)，由PLC輸出控制信號(hào)[2]，電磁閥斷電，氣缸停止動(dòng)作，此時(shí)氣缸兩腔的壓縮空氣由氣控單向閥封閉保壓。反之，當(dāng)電磁換向閥右端線圈通電時(shí)，電磁換向閥右位工作，壓縮空氣經(jīng)先導(dǎo)式單向閥和雙向節(jié)流閥使目標(biāo)靶縮回，直到到達(dá)設(shè)定的位置時(shí)，由位移傳感器發(fā)出運(yùn)動(dòng)停止信號(hào)，電磁閥斷電，氣缸停止動(dòng)作，此時(shí)氣缸兩腔的壓縮空氣由氣控單向閥封閉保壓。

水平氣缸與垂直氣缸動(dòng)作原理相同，如圖1所示。在本次改造中用到了SMC先導(dǎo)式單向節(jié)流調(diào)速閥，該單向閥具有氣控功能，當(dāng)氣控回路氣源壓力達(dá)到控制壓力時(shí)，單向閥打開，實(shí)現(xiàn)氣缸的排氣，通過(guò)氣源管路交叉相接，可以實(shí)現(xiàn)氣缸排氣和保壓定位?；芈分羞€串有一臺(tái)節(jié)流閥，可以調(diào)整氣缸進(jìn)氣和排氣速率，進(jìn)而調(diào)節(jié)氣缸動(dòng)作速率，提高氣缸動(dòng)作精度。電磁換向閥選用的是三位五通雙電控中位排氣式電磁閥[3]，在兩端線圈均失電的情況下，兩個(gè)出氣孔與排氣孔相通，單向閥的存在保證了氣缸兩端氣源的密封性，實(shí)現(xiàn)氣缸的定位控制[4]。

圖1 水平氣缸(垂直氣缸)動(dòng)作原理

3 電控系統(tǒng)的改造

為了實(shí)現(xiàn)丁腈橡膠干燥箱目標(biāo)靶控制系統(tǒng)的自動(dòng)控制，首先要保證目標(biāo)靶水平和垂直位移可以實(shí)時(shí)檢測(cè)。但由于干燥箱內(nèi)工況惡劣(高溫、潮濕)，且膠粒極易附著在執(zhí)行機(jī)構(gòu)和檢測(cè)元件上，因此必須選用合適的精密檢測(cè)儀表。經(jīng)對(duì)比，最終選用磁致伸縮位移傳感器，它采用內(nèi)部非接觸測(cè)量方式，使用壽命長(zhǎng)、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)[5]，能夠檢測(cè)氣缸的工作位置并提供絕對(duì)穩(wěn)定、可靠、準(zhǔn)確的重復(fù)輸出，不存在信號(hào)漂移或波動(dòng)的情況，因此不需要定期標(biāo)定和維護(hù)。磁致伸縮位移傳感器的傳感元件安裝在氣缸缸體內(nèi)部，在檢測(cè)過(guò)程中不會(huì)對(duì)傳感器造成任何磨損，可通過(guò)電控系統(tǒng)上位顯示屏直觀地觀察目標(biāo)靶工作情況，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)靶位置的在線檢測(cè)。

電控系統(tǒng)的核心控制通過(guò)OMRON SYSMAC小型PLC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，整個(gè)系統(tǒng)包括兩個(gè)AI點(diǎn)(缸體內(nèi)部磁致伸縮位移傳感器信號(hào)輸入)和4個(gè)DO點(diǎn)(水平、垂直氣缸雙電控電磁閥的控制線圈)。

目標(biāo)靶控制系統(tǒng)分為手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制模式，下面僅以水平控制為例給出部分系統(tǒng)程序。

水平方向手動(dòng)控制程序段：

AN M 0.0//手、自動(dòng)切換開關(guān)；

= L 20.0

A L 20.0

A M 0.1

= Q 4.0//水平氣缸前伸；

A L 20.0

A M 0.2

= Q 4.1//水平氣缸后縮；

水平方向自動(dòng)控制程序段：

Network1:氣缸前伸控制

A(

A M 0.0//手、自動(dòng)切換開關(guān)；

JNB_001//無(wú)條件跳轉(zhuǎn)至程序段_001；

L MD 0

L MD 1

-R

T MD 2//水平設(shè)定值減去水平測(cè)量值并送至MD2；

AN OV

SAVE

CLR

_001:A BR

)

A(

L MD 2

L MD 20

>R

)

=Q 4.0//當(dāng)差值MD2大于偏差給定值MD20時(shí)，水平缸前伸；

Network2:氣缸后縮控制

A(

A M 0.0//手、自動(dòng)切換開關(guān)；

JNB_002//無(wú)條件跳轉(zhuǎn)至程序段_002；

L MD 1

L MD 0

-R

T MD 3//水平測(cè)量值減去水平設(shè)定值并送至MD3；

AN OV

SAVE

CLR

_002:A BR

)

A(

L MD 3

L MD 20

>R

)

=Q 4.1//當(dāng)差值MD3大于偏差給定值MD20時(shí)，水平缸后縮；

從程序中可以看到，目標(biāo)靶的水平和垂直方向自動(dòng)控制主要根據(jù)用戶自定義的偏差給定值MD20來(lái)實(shí)現(xiàn)，即測(cè)量值與設(shè)定值的偏差在給定偏差之間，表示控制位置已達(dá)到設(shè)定要求，當(dāng)超出給定偏差時(shí)則氣缸動(dòng)作并對(duì)它進(jìn)行修正以達(dá)到跟蹤設(shè)定值的目的[1]。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，給定偏差設(shè)定范圍為0.5～2.0mm，目標(biāo)靶可根據(jù)工藝控制要求實(shí)現(xiàn)位置的自動(dòng)糾偏，同時(shí)不會(huì)因給定偏差設(shè)定值過(guò)小而引起電磁閥和氣缸頻繁動(dòng)作。

上位系統(tǒng)由HITECH工控觸摸屏實(shí)現(xiàn)，組態(tài)畫面中包括自動(dòng)控制、手動(dòng)控制、參數(shù)設(shè)置、氣缸標(biāo)定、輸出測(cè)試及系統(tǒng)設(shè)置等選項(xiàng)。

4 結(jié)束語(yǔ)

筆者針對(duì)丁腈橡膠干燥系統(tǒng)存在干燥效果欠佳的問(wèn)題，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了技術(shù)改造。本次改造通過(guò)氣動(dòng)、電控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了丁腈橡膠干燥箱目標(biāo)靶的控制目標(biāo)，利用PLC實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)靶位置的自動(dòng)跟蹤功能，對(duì)控制氣缸重新選型擴(kuò)大了目標(biāo)靶的調(diào)整范圍，滿足了工藝生產(chǎn)要求。考慮到工藝工況環(huán)境，選用耐高溫、耐腐蝕材料的氣缸和氣動(dòng)元件以保證設(shè)備的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行，從而保證目標(biāo)靶的高可靠性和低維護(hù)性。

[1] 寧國(guó)鵬,王德成,王光輝.帶式干燥機(jī)擺動(dòng)式均勻布料器的設(shè)計(jì)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2007,38(8):193～195.

[2] 王勝龍,龔先高,吳瓊.基于PLC的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)靶自動(dòng)控制系統(tǒng)[J].兵工自動(dòng)化,2007,26(9):62～63.

[3] 王曉東.關(guān)于三位五通電磁閥的選擇[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2014,(21):69.

[4] 李勝中,劉建新,夏一飛.基于PC機(jī)的氣缸定位控制系統(tǒng)[J].機(jī)床與液壓,2015,43(2):126～129.

[5] 賀瑞燕,賈文廣,郭杰.內(nèi)置式位移傳感器在液壓缸中的應(yīng)用[J].流體傳動(dòng)與控制,2013,(1):45～46.

2016-02-03(修改稿)

TH89

B

1000-3932(2016)08-0875-03