1. 前言 炭素成型生產(chǎn)是炭素配料、混捏后的重要環(huán)節(jié)。成型就是將混捏好的糊料用加壓設(shè)備壓制成所需要的形狀和尺寸以及具有較高密度的半成品。 振動成型是煉鋁用預(yù)焙陽極和高爐用炭塊的重要生產(chǎn)方法，主要設(shè)備有振動臺、模具和重錘。將裝有熱糊料的模具放在振動臺上，然后把重錘壓在糊料表面上開動振動臺，使糊料受到振幅小而頻率高的強(qiáng)迫振動，在強(qiáng)烈的振動下糊料顆粒間、糊料與模具壁間的摩擦力減小，顆粒移動并合理分布，得到具有規(guī)定形狀的高密度產(chǎn)品。壓好的半成品經(jīng)冷卻、檢查后堆放。 2. 系統(tǒng)構(gòu)成 2.1. 產(chǎn)品簡介 過去振動成型機(jī)一般都是人工手動調(diào)節(jié)，當(dāng)炭塊的重量和高度波動范圍較大時，產(chǎn)量和質(zhì)量就會受到較大的影響。浙大中自公司工程技術(shù)人員與某機(jī)械廠合作，根據(jù)設(shè)備和生產(chǎn)要求，成功地將SunyPLC200一體式小型可編程邏輯控制器應(yīng)用于振動成型機(jī)的自動控制。 SunyPLC200是浙大中自公司利用最新微處理器技術(shù)自主研發(fā)的一體式小型可編程，具有運行穩(wěn)定、成本低廉、功能強(qiáng)大的特點。32位嵌入式CPU使程序執(zhí)行速度高達(dá)0.55μs/步，80kB的程序容量足以滿足中小型機(jī)械設(shè)備的各種控制算法，獨特的級聯(lián)總線可擴(kuò)展7個I/O模塊。大規(guī)模集成電路的使用使得SunyPLC200特別適應(yīng)于高溫、潮濕、電磁干擾和機(jī)械振動大的惡劣環(huán)境。特殊的I/O電路設(shè)計，即使在晶體管輸入端傳入220V強(qiáng)電也不會導(dǎo)致任何硬件損壞?；赪indows2000/XP的編程軟件符合IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)，五種控制語言使編程人員能夠根據(jù)自己的喜好或控制要求進(jìn)行組態(tài)，多種仿真功能大大降低了工程難度、縮短了工程周期。 2.2. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 控制系統(tǒng)主要由SunyPLC200一體式可編程邏輯控制器、SunyHMI200可編程人機(jī)界面、檢測元件（熱電阻、變送器、位置開關(guān)等）以及執(zhí)行器（變頻器、繼電器、電磁閥等）組成。 來自振動成型機(jī)各部位的溫度、流量以及位置、狀態(tài)等測量信號輸入到SunyPLC200一體式可編程邏輯控制器，由SunyPLC200按照預(yù)先編程確定的控制方案進(jìn)行運算處理，然后將處理結(jié)果發(fā)送給執(zhí)行器從而產(chǎn)生對設(shè)備的控制和保護(hù)。 SunyHMI200可編程人機(jī)界面完成生產(chǎn)數(shù)據(jù)的顯示、管理等功能，操作員可以通過SunyHMI200對生產(chǎn)進(jìn)行監(jiān)視和操作。SunyPLC200和SunyHMI200之間通過ModbusRTU標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議進(jìn)行通訊。 下圖所示為控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。 對SunyPLC200的編程和對SunyHMI200的畫面實際分別是在普通PC機(jī)上完成的。 2.3. 系統(tǒng)配置 SunyPLC200的CPU模塊自身具備14個DI和10個DO，通過級聯(lián)總線最多可擴(kuò)展7個擴(kuò)展模塊，這樣系統(tǒng)的I/O規(guī)模可達(dá)80個。根據(jù)設(shè)計，振動成型機(jī)的I/O數(shù)量為AI8，AO1，DI28，DO16。由此形成如下配置： 3. 控制方案 炭素振動成型機(jī)的整個流程可分為下料、裝料、擠壓脫模和冷卻輸送四個過程。在整個振動成型過程中，溫度、壓力、振動頻率、振動時間和推出速度對產(chǎn)品的質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。 與一般小型PLC編程軟件不同，SunyPLC200編程軟件提供了符合IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)的FBD、LD、SFC、IL和ST全部五種控制語言，不同的控制方案可以根據(jù)編程需要或技術(shù)人員的需要用任意一種語言來實現(xiàn)。 3.1. 下料 混捏好的糊料從圓盤螺旋下料機(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)動圓盤螺旋下料機(jī)電機(jī)的螺旋轉(zhuǎn)速，對糊料斗稱量車下料，下料過程由快到慢以滿足炭塊的重量。炭塊的重量可根據(jù)產(chǎn)品的類型、要求通過SunyHMI200給定。 3.2. 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，然后打開糊料斗稱量車的抱閘驅(qū)動小車送料，行走到模具口上方時停止行走關(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。 3.3. 擠壓脫模 擠壓脫模是振動成型的核心過程，主要包括振動擠壓和脫模兩個過程。控制方案的合理性對能耗、質(zhì)量和產(chǎn)量起著舉足輕重的作用。 根據(jù)設(shè)備廠商的習(xí)慣，采用LD進(jìn)行控制方案組態(tài)，如圖所示。 振動擠壓：SunyPLC200檢查判斷糊料斗稱量車存在返回到位信號，然后重錘安全爪松開并到位，重錘下降并到位，開始驅(qū)動兩臺振動電機(jī)帶動偏心振子轉(zhuǎn)動，不平衡質(zhì)量回轉(zhuǎn)引起慣性力迫使振動臺振動。由于兩個振動器轉(zhuǎn)動方向相反、同步，使它們的慣性合力水平方向為零，只有在垂直方向產(chǎn)生激動力。振動臺上的模具和裝在模具內(nèi)的糊料都處于強(qiáng)烈的振動狀態(tài)。雖然振幅不大（1～2mm），但振動頻率很高（40～50HZ），產(chǎn)生大大超過重力加速度的加速度，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，而這個應(yīng)力超過糊料的內(nèi)聚力，便產(chǎn)生相對位移。同時，在強(qiáng)烈的振動下，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。振動時間過短，則糊料密度低。振動時間過長，則浪費能源且降低產(chǎn)量。因此，不同的炭素，不同的產(chǎn)品，應(yīng)設(shè)定合理的振動時間。鋁電解用預(yù)熔陽極炭塊振動時間為1～2分鐘。 脫模：輸出信號驅(qū)動重錘上升并到位，重錘安全爪夾緊并到位；模具安全爪松開并到位，驅(qū)動模具上升且到位。 3.4. 推出輸送 炭塊推出：驅(qū)動推出器從振動臺推出炭塊，在推出過程中對產(chǎn)品的高度進(jìn)行檢測，用來測試產(chǎn)品的質(zhì)量。 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。冷卻時間應(yīng)根據(jù)季節(jié)、產(chǎn)品直徑大小、冷卻水的溫度確定。冷卻完成后，驅(qū)動板式輸送機(jī)輸送炭塊到炭塊堆場，檢查合格后堆放。 4. 操作管理 SunyHMI200通過ModbusRTU協(xié)議可以將SunyPLC200的有關(guān)數(shù)據(jù)實時顯示出來，而操作員也可以通過功能鍵實現(xiàn)對生產(chǎn)的干預(yù)。 對SunyHMI200的畫面設(shè)計是通過SunyHMI200畫面編輯軟件來完成的。在進(jìn)行設(shè)計之前，需要與設(shè)備操作人員進(jìn)行深入的探討，以便達(dá)到監(jiān)視容易、操作方便的目的。 5. 結(jié)束語 SunyPLC200一體式小型可編程邏輯控制器與SunyHMI200可編程人機(jī)界面在炭素振動成型機(jī)的應(yīng)用中，軟件設(shè)計完善，功能齊全，運行效果穩(wěn)定可靠，性能良好。 自動控制的實現(xiàn)，大大降低了工人的工作強(qiáng)度，穩(wěn)定了產(chǎn)品質(zhì)量，提高了工作效率，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。