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

摘要：根據(jù)精密鑄造硅溶膠制殼線的生產(chǎn)工藝，采用先進(jìn)的控制技術(shù)及工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，設(shè)計(jì)了一套集PLC電氣控制系統(tǒng)、RFID信息追蹤系統(tǒng)、上位控制系統(tǒng)的自動(dòng)硅溶膠制殼線控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)根據(jù)制殼線生產(chǎn)工藝，劃分不同子系統(tǒng)的功能，對(duì)各子系統(tǒng)進(jìn)行分別控制，再利用網(wǎng)絡(luò)與上位機(jī)的主控系統(tǒng)進(jìn)行互聯(lián)，組建一個(gè)完整的控制系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)實(shí)際運(yùn)行測(cè)試表明，本控制系統(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)。

關(guān)鍵詞：精密鑄造;硅溶膠制殼線;RFID識(shí)別;自動(dòng)控制;工藝數(shù)據(jù)跟蹤

引言

近年來(lái)，隨著工業(yè)技術(shù)中對(duì)熔模鑄件表面質(zhì)量要求越來(lái)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。

現(xiàn)代化工業(yè)的今天，自動(dòng)化是行業(yè)發(fā)展的大勢(shì)所趨。此背景下針對(duì)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(duì)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(kāi)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(guò)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(duì)提升我國(guó)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(cè)元件或設(shè)備。其中制殼是精密鑄造過(guò)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(rùn)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(duì)各子系統(tǒng)的檢測(cè)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(duì)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。

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(guò)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(duì)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(chǎng)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(duì)較長(zhǎng)，較長(zhǎng)的輸送線存在吊具直接安裝到鏈條滑架上，無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)轉(zhuǎn)掛，且人工轉(zhuǎn)掛效率低等問(wèn)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(duì)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。

同時(shí)，傳輸線利用張緊機(jī)構(gòu)對(duì)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(wèn)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(guò)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(guò)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(guò)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(duì)其進(jìn)行控溫、控濕等控制。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(duì)干燥室循環(huán)風(fēng)進(jìn)行不同的處理工藝。

2.4 主控制系統(tǒng)

如圖3所示的上位機(jī)主控系統(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(guò)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(guò)網(wǎng)絡(luò)集成到主控系統(tǒng)的設(shè)備，通過(guò)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)語(yǔ)

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(duì)硅溶膠制殼線生產(chǎn)過(guò)程的遠(yuǎn)程自動(dòng)控制。該控制系統(tǒng)結(jié)合上位機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)整體管控，保障產(chǎn)品物料質(zhì)量。經(jīng)過(guò)實(shí)際運(yùn)行測(cè)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)。

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項(xiàng)目名稱：精密鑄造硅溶膠制殼生產(chǎn)線的研究與設(shè)計(jì)

項(xiàng)目編號(hào)：202001B010