精密鑄造硅溶膠制殼線控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究

趙麗君 ,李慶生

(河北石油職業(yè)技術(shù)大學(xué) a.電氣與電子工程系;b.安全工作處,河北 承德 067000)

近年來,隨著工業(yè)技術(shù)中對熔模鑄件表面質(zhì)量要求越來越高的情況下,將硅溶膠粘結(jié)劑應(yīng)用于熔模鑄造生產(chǎn),得到迅速發(fā)展。硅溶膠屬于環(huán)保型粘結(jié)劑,且硅溶膠制殼工藝在鑄造鑄件時(shí),比復(fù)合型殼質(zhì)量穩(wěn)定,尤其是鑄件尺寸精度高,型殼高溫性能好,型殼透氣性高,抗蠕變能力強(qiáng),具有更大的適應(yīng)性和優(yōu)越性[1]。

現(xiàn)代化工業(yè)的今天,自動(dòng)化是行業(yè)發(fā)展的大勢所趨。此背景下針對硅溶膠制殼工藝的完整生產(chǎn)線,使用PLC 控制技術(shù)可以更好地保證產(chǎn)品精度,減少對人工的依賴,使生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率有大程度的保障,使硅溶膠制殼的產(chǎn)品質(zhì)量好、生產(chǎn)效率高、環(huán)境污染少。同時(shí),PLC 控制系統(tǒng)具備數(shù)據(jù)采集、傳輸、分析、反饋、視頻監(jiān)控、歷史查看等多種功能,可為自動(dòng)化生產(chǎn)提供重要的信息和功能保障。

因此,設(shè)計(jì)開發(fā)一條自動(dòng)化的精密鑄造硅溶膠制殼自動(dòng)化生產(chǎn)線替代傳統(tǒng)的制殼過程,提高生產(chǎn)效率,提升產(chǎn)品質(zhì)量及節(jié)約成本。同時(shí),在保證產(chǎn)品工藝的前提下優(yōu)化制殼生產(chǎn)線,對提升我國精密鑄造工藝設(shè)備的自動(dòng)化、智能化水平有重要的實(shí)用意義。

1 硅溶膠制殼線的概述

如圖1 所示硅溶膠制殼線加工工藝流程圖,該線采用懸掛輸送機(jī)為主要載體,為完成模組的沾漿、沾砂、硬化等作業(yè),在相應(yīng)的工位點(diǎn)設(shè)置了輔助檢測元件或設(shè)備[2]。其中制殼是精密鑄造過程中最為核心的內(nèi)容,將已經(jīng)清洗完畢的模組,緩緩浸入配制好的漿料中,這樣可以防止蠟?zāi)喜厶幃a(chǎn)生氣泡,待完全浸入后,漿料桶旋轉(zhuǎn)或者模組左右上下晃動(dòng),以使?jié){料能更好的完全潤濕模組,漿料完成后可進(jìn)行淋砂。

硅溶膠制殼線控制系統(tǒng)組成主要有以PLC 為主的電氣控制系統(tǒng)、以RFID 技術(shù)為主的追蹤系統(tǒng)和SCADA 上位機(jī)控制系統(tǒng),根據(jù)硅溶膠制殼工藝,可劃分為傳輸系統(tǒng)(上件、傳輸和下件)、空調(diào)系統(tǒng)(干燥固化)、主控系統(tǒng)(對各子系統(tǒng)的檢測及監(jiān)控)及工藝設(shè)備等,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)工作穩(wěn)定執(zhí)行和信息追蹤。

2 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

硅溶膠制殼線的控制系統(tǒng)的作用主要有:(1)實(shí)現(xiàn)對輸送線與各工藝的實(shí)時(shí)控制;(2)實(shí)現(xiàn)在線工件的識(shí)別、追蹤和管理;(3)保證生產(chǎn)線運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠性和安全性[3-4]。

2.1 控制系統(tǒng)的組成

硅溶膠制殼線控制系統(tǒng)(如圖2 所示)的上位機(jī)控制負(fù)責(zé)生產(chǎn)的總體安排,通過以太網(wǎng)與PLC 構(gòu)建的傳輸控制系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、機(jī)械手臂控制系統(tǒng)等連接,實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控執(zhí)行層設(shè)備的各種數(shù)據(jù),處理突發(fā)事件的功能。同時(shí),上位機(jī)能夠根據(jù)傳輸情況對在線工件進(jìn)行跟蹤和調(diào)度;能夠更新和維護(hù)在線工件的信息;以及工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)機(jī)器手控制,完成工件的摘取、沾漿、淋沙、掛回等工藝操作。設(shè)備控制以西門子PLC 作為控制核心,根據(jù)系統(tǒng)不同的功能,進(jìn)行子系統(tǒng)設(shè)計(jì)并就近控制。同時(shí),上位機(jī)利用PROFIBUS-DP 現(xiàn)場總線與傳輸線各子系統(tǒng)、機(jī)械手臂、射頻識(shí)別系統(tǒng)等進(jìn)行主從通信,協(xié)調(diào)各生產(chǎn)動(dòng)作和數(shù)據(jù)采集。

2.2 傳輸控制系統(tǒng)

根據(jù)硅溶膠制殼線工藝特點(diǎn)設(shè)計(jì)的輸送線相對較長,較長的輸送線存在吊具直接安裝到鏈條滑架上,無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)轉(zhuǎn)掛,且人工轉(zhuǎn)掛效率低等問題。本硅溶膠制殼線傳輸系統(tǒng)選用的是普通懸掛輸送機(jī),傳輸控制系統(tǒng)利用對鏈條張力的計(jì)算,利用多個(gè)小功率電機(jī)構(gòu)建自適應(yīng)控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)在鏈條允許的張力范圍內(nèi),共同驅(qū)動(dòng)鏈條運(yùn)行(如圖3 所示控制原理圖)。

同時(shí),傳輸線利用張緊機(jī)構(gòu)對鏈條張力進(jìn)行調(diào)節(jié),解決傳輸線因工件轉(zhuǎn)彎、爬坡和載荷的變化而導(dǎo)致鏈條張力變化的問題。因此,傳輸系統(tǒng)每—個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置會(huì)布置一個(gè)張緊機(jī)構(gòu),它的作用是通過重錘張緊鏈條,如果鏈條張力發(fā)生變化使張緊機(jī)構(gòu)產(chǎn)生位移,位移變化反饋到控制系統(tǒng),通過計(jì)算調(diào)整相應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速,進(jìn)而改變鏈條的張力,實(shí)現(xiàn)輸送系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行。

2.3 空調(diào)控制系統(tǒng)

硅溶膠制殼線的干燥室分為上下兩層,工藝參數(shù)如表1 所示。

為保證臘模和殼體的質(zhì)量,外殼在干燥過程中必須嚴(yán)格控制空氣流速和溫濕度。因此,根據(jù)干燥固化的工藝要求,采用空調(diào)機(jī)組對其進(jìn)行控溫、控濕等控制(控制流程如圖4 所示)。同時(shí),考慮夏季、冬季傳輸線的不同工作環(huán)境,采用兩套不同的控制參數(shù),對干燥室循環(huán)風(fēng)進(jìn)行不同的處理工藝。

表1 干燥室工藝參數(shù)

2.4 模殼跟蹤控制

模殼跟蹤采用RFID 識(shí)別系統(tǒng)。RFID 識(shí)別系統(tǒng)分為控制器、讀寫頭和載碼體。PLC 通過Profibus-DP 通信接口對識(shí)別系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和控制。如圖5 所示的模殼跟蹤控制流程圖,當(dāng)工件經(jīng)過裝卸載位置或干燥室時(shí),先減速慢行到讀寫頭位置進(jìn)行識(shí)別。當(dāng)?shù)竭_(dá)定位傳感器檢測后,減速確?？梢粤⒓赐＼嚨乃俣冗\(yùn)行,準(zhǔn)備停機(jī)。

模殼跟蹤采用RFID 識(shí)別系統(tǒng)。RFID 識(shí)別系統(tǒng)分為控制器、讀寫頭和載碼體。PLC 通過Profibus-DP 通信接口對識(shí)別系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和控制。如圖5 所示的模殼跟蹤控制流程圖,當(dāng)工件經(jīng)過裝卸載位置或干燥室時(shí),先減速慢行到讀寫頭位置進(jìn)行識(shí)別。當(dāng)?shù)竭_(dá)定位傳感器檢測后,減速確?？梢粤⒓赐＼嚨乃俣冗\(yùn)行,準(zhǔn)備停機(jī)。

2.5 上位機(jī)控制系統(tǒng)

如圖6 所示的上位機(jī)系統(tǒng)由系統(tǒng)管理、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、生產(chǎn)管理、綜合查詢、信息補(bǔ)錄等模塊組成,各模塊通過網(wǎng)絡(luò)將實(shí)現(xiàn)控制傳輸線上的設(shè)備啟停,參數(shù)調(diào)整,實(shí)時(shí)監(jiān)控等功能。

硅溶膠制殼線控制系統(tǒng)上位機(jī)實(shí)現(xiàn)采用WINCC 組態(tài)軟件,子系統(tǒng)是可以通過網(wǎng)絡(luò)集成到主控系統(tǒng)的設(shè)備,通過接口程序在主控系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)的功能。

3 結(jié)論

硅溶膠制殼線的控制系統(tǒng)結(jié)合PLC、變頻器、傳感器和電氣控制等技術(shù),RFID 信息追蹤系統(tǒng)、實(shí)現(xiàn)了對硅溶膠制殼線生產(chǎn)過程的遠(yuǎn)程自動(dòng)控制。該控制系統(tǒng)結(jié)合SCADA 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)整體管控,保障產(chǎn)品物料質(zhì)量。經(jīng)過實(shí)際運(yùn)行測試表明,本系統(tǒng)架構(gòu)合理、運(yùn)行可靠,控制系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行也為其它類似工程提供了實(shí)踐借鑒經(jīng)驗(yàn)。