1 系統(tǒng)介紹  
　　振動(dòng)成型主要設(shè)備有振動(dòng)臺(tái)、模具和重錘，將盛裝熱糊料的模具放在振動(dòng)臺(tái)上，然后把重錘壓在糊料表面上開動(dòng)振動(dòng)臺(tái)，使糊料受到振幅小而頻率高的強(qiáng)迫振動(dòng)，在強(qiáng)烈的振動(dòng)下糊料顆粒間的及糊料與模具壁間的摩擦力減小，顆粒移動(dòng)并合理分布，得到具有規(guī)定形狀的高密度的產(chǎn)品。壓好的半成品經(jīng)冷卻、檢查后堆放。 
　　我公司炭素廠原使用的振動(dòng)成型機(jī)是人工手動(dòng)調(diào)節(jié)，炭塊的重量、高度波動(dòng)范圍大，對(duì)產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量有較大的影響。為此必須根據(jù)人工操作積累的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)一種具有較高智能、高可靠度的自動(dòng)控制系統(tǒng)，來提高炭素振動(dòng)成型生產(chǎn)的產(chǎn)能和合格率，延長(zhǎng)電氣設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)周期，縮短故障檢修時(shí)間，降低生產(chǎn)成本和崗位操作工的勞動(dòng)強(qiáng)度。

2 系統(tǒng)組成 
　　PLC是采用微處理器技術(shù)的新型工業(yè)控制裝置，是一種使用可編程序存儲(chǔ)器來存儲(chǔ)設(shè)備所需專用程序的電氣設(shè)備。它具有將邏輯運(yùn)算順序操作，限時(shí)，計(jì)時(shí)以及算術(shù)運(yùn)算，數(shù)據(jù)通訊等功能，通過數(shù)字量或模擬量的輸入/輸出模板去控制各種設(shè)備或過程。其硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。 
　　它采用了大規(guī)模的集成電路，故特別適應(yīng)于高溫、潮濕、電磁干擾、機(jī)械振動(dòng)大的比較惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。輸入/輸出接口組件的模塊化，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)被控對(duì)象的要求，選擇必要的功能模塊組成控制系統(tǒng)，大大提高了工程效率和系統(tǒng)的可靠性。 
　　在該控制系統(tǒng)中選用日本三菱公司的PLCMITSUBISHI A1S小型系列作為下位機(jī)。它具有成本低、功能強(qiáng)的特點(diǎn)。上位機(jī)選擇惠普P III微機(jī)，配以美國(guó)Intellution FIX軟件，ORMON公司的繼電器、行程開關(guān)，德國(guó)威德米勒隔離器、變送器，安川變頻器等組成自動(dòng)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)總貌圖如圖2所示。

3　系統(tǒng)功能 
3.1　該系統(tǒng)的上位機(jī)系統(tǒng)功能如下： 
    1．實(shí)時(shí)反映工藝流程，形象再現(xiàn)生產(chǎn)過程（系統(tǒng)主畫面圖見圖3）； 
    2．圖表顯示生產(chǎn)數(shù)據(jù)，方便操作工了解生產(chǎn)狀況； 
    3．及時(shí)產(chǎn)生報(bào)警信息并予以打印，幫助操作工查找分析故障原因； 
    4．以曲線形式在線生產(chǎn)數(shù)據(jù)，方便查找歷史數(shù)據(jù)，分析生產(chǎn)趨勢(shì)； 
    5．以報(bào)表打印形式反映生產(chǎn)狀況； 
    6．幫助操作工實(shí)現(xiàn)電機(jī)連鎖開、停，并反映電機(jī)啟動(dòng)停車的有關(guān)信息； 
    7．給定控制工藝參數(shù)。 
3.2　該系統(tǒng)的下位機(jī)功能如下： 
    1．?dāng)?shù)據(jù)采集：通過PLC AlS68AD轉(zhuǎn)換模板對(duì)冷卻水溫度、糊料溫度、糊料計(jì)量稱、油箱油溫、油箱油壓、炭塊高度、變頻器電流進(jìn)行模擬采集，并轉(zhuǎn)換成FIX認(rèn)可的數(shù)據(jù)格式（系統(tǒng)主要測(cè)點(diǎn)如下圖4）。 
    2．電機(jī)連鎖控制，以簡(jiǎn)單易行的PLC取代以往繁瑣復(fù)雜、故障率高的電氣連鎖控制，并實(shí)現(xiàn)操作工遠(yuǎn)程開、停電機(jī)的功能。主要I/0點(diǎn)安排如下： 
    I/O Name 　　　　　　　 Comment Remark 
    X80 CAR-EAST　　　　　　 稱量車回到位 
    X81 CAR-WEST　　　　　　 稱量車送料到位 
    X82 CAR-CLOSED　　　　　 稱量車門閉到位 
    X83 CLAMP-L CLOSED　　　 左模夾緊到位 
    X84 CLAMP-R.CLOSED　　　 右模夾緊到位 
    X85 CLAMP-L.OPENED　　　 左模夾放松到位 
    X86 CLMP.R.OPENED　　　　右模夾放松到位 
    X87 HAMMER-HIGH　　　　　重錘上升到位 
    X88 HAMMER-LOW　　　　　 重錘下降到位 
    X89 MOLD-HIGH　　　　　　模具上升到位 
    X8A MOLD-LOW　　　　　　 模具下降到位 
    X8B PUSH-OUT　　　　　　 推進(jìn)器推出到位 
    X8C PUSH-IN　　　　　　　推進(jìn)器返回到位 
    X8D SAFE-L.OPENED 　 左安全爪開到位 
    X8E SAFE-R.OPENED 　 右安全爪開到位 
    X90 SAFE-L.CLOSED 　 左安全爪閉到位 
    X91 SAFE-R.CLOSED 　 右安全爪閉到位 
    X92 CLASP-OPENED 　 抱閘開到位 
    X93 CLASP-CLOSED 　 抱閘閉到位 
    X94 PUSH-ENABLE 　 后輔機(jī)允許推出 
    X95 CAR-OVERLOAD 　 稱量車電機(jī)過載 
    X96 QUIVER-OVERLOAD 　 振動(dòng)電機(jī)過載 
    X97 BP.RUNNING 　 變頻運(yùn)行 
    X98 BP.ALARM 　　　　　　變頻報(bào)警 
    X99 SYS.AUTO 　　　　　　系統(tǒng)手自動(dòng)切換 
    X9A OIL-LOW 　　　　　　 低油壓 
    X9B BP.GIVE-M 　　　　　 點(diǎn)動(dòng)補(bǔ)料 
    X9C GIVE-SAFE 　　　　　 布料安全 
    YA1 CLAMP-CLOSE 　 模具加緊 
    YAl CLAMP-OPEN 　 模具放松 
    YA2 HAMMER-DOWN 　 重錘下降 
    YA3 HAMMER-UP 　　　　　 重錘上升 
    YA4 MOLD-UP 　　　　　　 模具上升 
    YA5 MOLD-DOWN 　　　　　 模具下降 
    YA6 PUSH-GO 　　　　　　 推進(jìn)器推出 
    YA7 OIL-GUSH　　　　　　 噴油 
    YA8 DOOR-OPEN 　　　　　 開車門 
    YA9 BP.FWD　　　　　　　 變頻下料 
    YAA BP.RESET　　　　　　 變頻復(fù)位 
    YB0 CAR-GO　　　　　　　 程量車送料 
    YBl CAR-BACK　　　　　　 程量車返回 
    YB2 QUIVER-START　　　　 振動(dòng)開始 
    YB3 CLASP-OPEN　　　　　 開抱閘 
    YB6 TRANS.RUN 　　　　　 板式機(jī)運(yùn)行 
3.3　通過變頻器控制圓盤螺旋下料機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)速來控制炭塊的重量。 
　　三菱A2ASCPFSI系列I/0點(diǎn)數(shù)量能達(dá)到1024點(diǎn)，程序語(yǔ)言使用梯形圖或指令字語(yǔ)言，程序容量可達(dá)到64K步，并具有自診斷功能。 
4 控制過程的實(shí)現(xiàn) 
　　控制過程有4個(gè)操作程序：1、下料；2、裝料；3、振動(dòng)擠壓、脫模；4、炭塊推出、冷卻輸送。貫穿于振動(dòng)成型過程中的主要問題是正確掌握溫度、壓力、振動(dòng)頻率、振動(dòng)時(shí)間、推出速度。 
4.1 下料 
　　經(jīng)過混捏好的糊料，一般溫度在130℃-140℃左右，從圓盤螺旋下料機(jī)頂部加料口加入，經(jīng)分料器的上部錐體分布在圓盤上。在下料前，首先檢查判斷糊料斗稱量車是否在圓盤螺旋下料機(jī)的下方等待接料，然后控制變頻器輸出驅(qū)動(dòng)圓盤螺旋下料機(jī)電機(jī)的螺旋轉(zhuǎn)速，對(duì)糊料斗稱量車下料，下料過程由快到慢以滿足炭塊的重量。糊料斗車連同行走鐵軌裝有TOLEDO衡器公司生產(chǎn)的稱重裝置用于計(jì)量炭塊的重量。炭塊的重量可根據(jù)產(chǎn)品的類型、要求由上位機(jī)給定。 
4.2 裝料 
　　裝料前PLC首先檢查判斷模具到位、模具安全爪夾緊到位、重錘上升到位、重錘安全爪夾緊到位等信號(hào)，然后打開糊料斗稱量車的抱閘驅(qū)動(dòng)小車送料，行走到模具口上方時(shí)停止行走關(guān)抱閘，然后糊料斗稱量車底開門把稱好的糊料放入模具中。 
4.3 振動(dòng)擠壓、脫模 
    1、振動(dòng)擠壓：此時(shí)PLC檢查判斷糊料斗稱量車存在返回到位信號(hào)，然后重錘安全爪松開并到位，重錘下降并到位，開始驅(qū)動(dòng)2臺(tái)振動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)偏心振子轉(zhuǎn)動(dòng)，不平衡質(zhì)量回轉(zhuǎn)引起慣性力迫使振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)。又由于2個(gè)振動(dòng)器轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反、同步，使它們的慣性合力水平方向?yàn)榱?，只有在垂直方向產(chǎn)生激動(dòng)力。振動(dòng)臺(tái)上的模具和裝在模具內(nèi)的糊料都處于強(qiáng)烈的振動(dòng)狀態(tài)。雖然振幅不大（一般在1～2mm），但振動(dòng)頻率很高（40～50HZ），它們的運(yùn)動(dòng)速度很快，振動(dòng)周期在0.02秒左右，將產(chǎn)生大的加速度，這個(gè)加速度大大超過重力加速度，是它的幾十倍至幾百倍，因此糊料顆粒質(zhì)量大小不同，獲得的慣性力也不同，顆粒界面間產(chǎn)生應(yīng)力，而這個(gè)應(yīng)力超過糊料的內(nèi)聚力，便產(chǎn)生相對(duì)位移。同時(shí)，在強(qiáng)烈的振動(dòng)下，糊料顆粒間的內(nèi)摩擦力及糊料與模具壁之間的外摩擦力也急劇下降，糊料便具有重液體的液體性質(zhì)，跳躍著的糊料迅速充填到模具的各個(gè)角落，較小的顆粒充填到大顆粒間的空隙中去，從而得到具有規(guī)定形狀的高密度程度的產(chǎn)品。 
    2、振動(dòng)時(shí)間：是從重錘落到糊料面到完成振動(dòng)所需的時(shí)間。振動(dòng)時(shí)間短，則糊料密度低，既孔隙度大。鋁電解用預(yù)熔陽(yáng)極炭塊振動(dòng)時(shí)間為1～2分鐘。振動(dòng)時(shí)間可根據(jù)產(chǎn)品在現(xiàn)場(chǎng)整定。 
    3、脫模：輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)重錘上升并到位，重錘安全爪夾緊并到位；模具安全爪松開并到位，驅(qū)動(dòng)模具上升且到位。 
4.4 炭塊推出、冷卻輸送 
    1、炭塊推出：驅(qū)動(dòng)推出器從振動(dòng)臺(tái)推出炭塊，在推出過程中對(duì)產(chǎn)品的高度進(jìn)行檢測(cè)。測(cè)高儀選用西安適盛測(cè)試設(shè)備公司的激光測(cè)高儀表，用來測(cè)試產(chǎn)品的質(zhì)量。 
    
    2、冷卻輸送：被推出的產(chǎn)品馬上在涼水中冷卻，防止產(chǎn)品冷卻的彎曲和變形。冷卻時(shí)間應(yīng)根據(jù)季節(jié)、產(chǎn)品直徑大小、冷卻水的溫度TE103，現(xiàn)場(chǎng)整定。冷卻完成后，驅(qū)動(dòng)板式輸送機(jī)輸送炭塊到炭塊堆場(chǎng)，檢查合格后堆放。  
5、結(jié)束語(yǔ) 
　　本系統(tǒng)已投入運(yùn)行，軟件設(shè)計(jì)完善，功能齊全，運(yùn)行效果穩(wěn)定可靠，性能良好。自動(dòng)控制的實(shí)現(xiàn)，大大降低了操作工的工作強(qiáng)度，提高了工作效率，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。該系統(tǒng)是PLC在實(shí)際生產(chǎn)中的成功應(yīng)用，可為業(yè)內(nèi)同行借鑒。