喬 鵬

(山西省自動(dòng)化研究所，山西 太原 030012)

釹鐵硼磁性材料，作為稀土永磁材料發(fā)展的最新結(jié)果，由于其優(yōu)異的磁性能而被稱為“磁王”。釹鐵硼磁性材料是釹，氧化鐵等的合金，又稱磁鋼。釹鐵硼具有極高的磁能積和矯力，同時(shí)高能量密度的優(yōu)點(diǎn)使釹鐵硼永磁材料在現(xiàn)代工業(yè)和電子技術(shù)中獲得了廣泛應(yīng)用，從而使儀器儀表、電聲電機(jī)、磁選磁化等設(shè)備的小型化、輕量化、薄型化成為可能。

在釹鐵硼生產(chǎn)取向成型環(huán)節(jié)，現(xiàn)有釹鐵硼壓型設(shè)備具有稱重、壓制、充磁等功能，但是各環(huán)節(jié)不能聯(lián)動(dòng)，而且許多動(dòng)作仍需人工完成，例如料倉控制、模具潤滑、模具裝料、物料表面平整、封裝、定制存放。

本自動(dòng)化改造中，上述環(huán)節(jié)將由一臺(tái)設(shè)備完成，并且多臺(tái)設(shè)備可以通過自由組合構(gòu)建壓型環(huán)節(jié)的自動(dòng)化生產(chǎn)線。

1 設(shè)備整體情況

1.1 設(shè)備總體介紹

本項(xiàng)目所改造的釹鐵硼壓型設(shè)備，用于釹鐵硼生產(chǎn)取向成型環(huán)節(jié)，通過機(jī)電液一體化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化和生產(chǎn)管理的信息化?？刂茝墓δ苌戏譃榉Q重控制、裝料控制、平整控制、潤滑控制、壓型控制、充磁控制、保壓控制、退磁控制、脫模控制、輸送控制等［1］。總體控制流程見圖1。

圖1 總體控制流程

1.2 設(shè)備各部分情況

1.2.1 初始化及原料、工況實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)部分

料倉儲(chǔ)存的工作所需原料為粉末狀固體顆粒。采用物位計(jì)檢測(cè)料倉內(nèi)原料剩余量。低位時(shí)，柱狀指示燈紅色段閃爍，提醒加料;剩余量檢測(cè)為零時(shí)，處于常亮狀態(tài)，提醒加料。

采用液位計(jì)檢測(cè)潤滑劑剩余量。低位時(shí)，柱狀指示燈的另一紅色段閃爍，提醒加潤滑劑;剩余量檢測(cè)為零時(shí)，處于常亮狀態(tài)，提醒加潤滑劑。

料倉為密封空間，加料后關(guān)閉。工作艙為另外的密封空間。充入氮?dú)夥乐寡趸?，并用氧分析儀檢測(cè)氧氣濃度，濃度高時(shí)加入氮?dú)?，達(dá)到工藝要求時(shí)停止輸入。氧氣濃度高時(shí)，柱狀指示燈的黃色段閃爍，自動(dòng)充氮?dú)?氧氣濃度達(dá)到上限值時(shí)，處于常亮狀態(tài)，自動(dòng)充氮?dú)?，此時(shí)不宜加料。

采用真空計(jì)檢測(cè)料倉和工作艙內(nèi)的真空度。由于原料具有很差的流動(dòng)性，當(dāng)真空度高時(shí)，料倉內(nèi)的原料很難進(jìn)入托盤稱重。真空度高時(shí)，柱狀指示燈的綠色段閃爍，自動(dòng)充氮?dú)?真空度達(dá)到上限值時(shí)，處于常亮狀態(tài)，自動(dòng)充氮?dú)狻?/p>

報(bào)警的柱狀指示燈安裝在電氣柜頂部。從上到下依次為:第一段紅色，物位報(bào)警;第二段黃色，料倉氧氣濃度報(bào)警;第三段綠色，料倉真空度報(bào)警;第四段紅色，潤滑劑液位報(bào)警;第五段黃色，工作艙氧氣濃度報(bào)警;第六段綠色，工作艙真空度報(bào)警。

1.2.2 稱重部分

現(xiàn)有控制模式為:按下開始按鈕，振動(dòng)線圈得電，通過振動(dòng)將料倉中的物料加到稱重托盤上。托盤底部有壓力傳感器，達(dá)到一定值時(shí)，調(diào)節(jié)電位計(jì)改為低速振動(dòng);達(dá)到額定值時(shí)，停止振動(dòng)。其原理是通過改變串入的電阻值進(jìn)行調(diào)壓，改變振動(dòng)頻率。

由于原有控制為點(diǎn)動(dòng)控制或“半自動(dòng)控制”，且振動(dòng)線圈的控制方式扥本身局限性，造成控制精度不高，沒有實(shí)現(xiàn)“全自動(dòng)”，還需要人工操作按鈕。

1.2.3 潤滑、裝料、平整部分

稱重后的物料要裝入模具中進(jìn)行壓制。為了減小壓制完畢脫模時(shí)物料與模具內(nèi)側(cè)的摩擦，提高合格率，裝料以前要對(duì)磨具進(jìn)行潤滑。裝料后要對(duì)模具內(nèi)物料上表面進(jìn)行平整。因?yàn)樵狭鲃?dòng)性差，表面不平進(jìn)行壓制，將會(huì)造成產(chǎn)品密度不均勻，磁場分布不均勻。

現(xiàn)在工作方式為:拿刷子將模具刷一下，除去模具內(nèi)側(cè)附著物;手持噴筒噴潤滑劑潤滑;將托盤內(nèi)物料導(dǎo)入模具;用刮板刮平上表面。全過程均為手工完成。

我們的思路是:

脫模結(jié)束或裝料開始前先打開氣閥，對(duì)模具內(nèi)側(cè)噴吹，去除雜物。延時(shí)后關(guān)閉氣閥。為防止與壓制過程干涉，噴嘴在模具外側(cè)，清潔潤滑前，先平移至模具上方，在下探至模具內(nèi);清潔潤滑后，先上升至模具上方，再退回原位。

自動(dòng)裝料如果采用錐形漏斗，將會(huì)形成原料在模具內(nèi)局部區(qū)域堆積。我們采用倒梯臺(tái)形漏斗。下料口寬度略小于模具內(nèi)腔，裝料時(shí)垂直于該寬度方向水平運(yùn)動(dòng);前進(jìn)到內(nèi)腔對(duì)側(cè)時(shí)，磁環(huán)開關(guān)動(dòng)作;伸入模具內(nèi)側(cè)的下油缸向下運(yùn)動(dòng)，漏斗返回至初始裝料位;磁環(huán)開關(guān)動(dòng)作，伸入模具內(nèi)側(cè)的下油缸向下運(yùn)動(dòng)，漏斗再向?qū)?cè)運(yùn)動(dòng)。如此往復(fù)運(yùn)動(dòng)數(shù)次，即可裝料完畢。

在模具上固定一對(duì)氣動(dòng)推板，相對(duì)布置，選擇合適的入深。同樣，長度略小于模具內(nèi)側(cè)尺寸。當(dāng)一側(cè)的推板推到另一側(cè)時(shí)，磁環(huán)開關(guān)動(dòng)作，返回;磁環(huán)開關(guān)動(dòng)作，停止。另一側(cè)的推板往相對(duì)方向做相同動(dòng)作。伸入模具內(nèi)側(cè)的下油缸向下運(yùn)動(dòng)至壓制位，再重復(fù)一次上述動(dòng)作，平整過程即可完成［2］。

1.2.4 壓制、充磁、保壓、退磁、脫模部分

上下油缸相向運(yùn)動(dòng)，達(dá)到一定距離后，減小比例閥的開度，達(dá)到額定值的時(shí)候截止比例閥，這就是壓制過程。目前有公司采用高精度的磁柵尺作為位移檢測(cè)手段，但是在控制方法上不得要領(lǐng)，壓制精度不高。我們決定使用專家模糊控制的智能控制方式，對(duì)一般模糊控制的模糊規(guī)則根據(jù)要求和經(jīng)驗(yàn)加以改變，這一問題就可以改進(jìn)。

壓制過程中進(jìn)行充磁。三相整流后變?yōu)橹绷麟娺M(jìn)行充磁。電路板為三相可控硅回路加一塊觸發(fā)板。

脫模采取保護(hù)性脫模方式，下油缸上升的同時(shí)，上油缸也上升，好像是上下油缸夾著產(chǎn)品從模具中脫出。

1.2.5 取料、封裝部分壓制成型后要真空封裝，防止下一道工序以前氧化。

目前是手工去取料封裝。我們認(rèn)為，可以用機(jī)械手取料。封裝機(jī)可以外購、改進(jìn)或自制，以便于取料后準(zhǔn)確放置。機(jī)械手的動(dòng)作具體視封裝機(jī)與壓型機(jī)的位置確定。

1.2.6 輸送部分

輸送帶由A、B 兩個(gè)獨(dú)立部分組成。輸送帶A 負(fù)責(zé)將各個(gè)噴碼機(jī)工作結(jié)束后的物塊輸送到輸送帶B。輸送帶B 負(fù)責(zé)整理物塊，并把物塊裝到運(yùn)料小車。

輸送帶A 的正常啟動(dòng)條件為噴碼機(jī)有物塊推出并且推板收回(保證物塊在輸送機(jī)A 上有序排列)。

輸送帶A 上噴碼機(jī)推出物料處設(shè)光電開關(guān)，當(dāng)有物料存在時(shí)，不發(fā)出推出指令。末端噴碼機(jī)位置檢測(cè)到有物塊，延時(shí)3 秒后仍然存在，輸送帶A 停止工作。

輸送帶A 在A、B 聯(lián)接處設(shè)對(duì)射型光電開關(guān)SQM 和SQM1 以及氣動(dòng)擋板A1(常態(tài)不動(dòng)作時(shí)處于落下關(guān)閉狀態(tài))。推出的物塊通過的順序是:SQM1、氣動(dòng)擋板A1、SQM。

若SQM1 處有物塊被檢測(cè)到(包含輸送帶A 啟動(dòng)前SQM1 處已有物塊被檢測(cè)到和沒有檢測(cè)到兩種情況)，延時(shí)(可設(shè)定的)若干秒后，輸送帶A 停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

SQM 檢測(cè)物塊并使用計(jì)數(shù)器1 計(jì)數(shù)(計(jì)數(shù)值M 根據(jù)運(yùn)料小車規(guī)格和物塊規(guī)格設(shè)定)。輸送帶A 上的物塊到達(dá)SQM 時(shí)，被A 上氣動(dòng)擋板A1 擋住(輸送帶A 不一定停止)。

為保證精確計(jì)數(shù)，防止產(chǎn)品堆積造成誤動(dòng)作，當(dāng)SQM1檢測(cè)到物塊時(shí)，判斷若SQM 處沒有物塊，并且計(jì)數(shù)器1 數(shù)值沒有達(dá)到上限，則擋板A1 打開并且復(fù)位延時(shí)繼電器，輸送帶A 啟動(dòng)，使物塊通過。這樣能保證計(jì)數(shù)的間隔。

當(dāng)物塊到達(dá)SQM 位置時(shí)，輸送帶A 就停止，擋板A1 關(guān)閉。此時(shí)由于物塊已經(jīng)一部分或大部分位于輸送帶B 上，輸送帶B 得到指令已經(jīng)啟動(dòng)，摩擦力會(huì)將物塊全部帶到輸送帶B 上。

物塊到達(dá)SQM 檢測(cè)位置時(shí)，輸送帶B 啟動(dòng)，與A 同速轉(zhuǎn)動(dòng)。輸送帶A 上物塊可以移動(dòng)到輸送帶B 上，輸送帶B 的盡頭設(shè)固定擋板，防止物塊滑落。

在計(jì)數(shù)器1 的值達(dá)到M 時(shí)，延時(shí)一段后，輸送帶B 停止轉(zhuǎn)動(dòng);SQM1 檢測(cè)位置沒有檢測(cè)到物塊時(shí)，延時(shí)一段后，輸送帶B 也停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

輸送帶B 往送料小車上推料的條件是:送料小車就位，建立電氣連接，發(fā)出推料指令;而此時(shí)輸送帶B 上的物料數(shù)達(dá)到M 值或不達(dá)M 值，而由按鈕發(fā)出推料指令。

若不具備推料條件，則等待輸送帶A 輸送物塊;若具備推料條件，則推料到送料小車。推料一次，計(jì)數(shù)器2 計(jì)數(shù)一次;推板回到位時(shí)，復(fù)位計(jì)數(shù)器1。

送料小車由多層構(gòu)成，計(jì)數(shù)器2 達(dá)到上限值N 時(shí)，小車換層，換層結(jié)束后清空計(jì)數(shù)器2，等待輸送帶B 推料。

當(dāng)每層都裝滿，送料小車達(dá)到走車條件，指示燈閃爍，提示走車，并中斷推料指令。走車后清空計(jì)數(shù)器2。

輸送帶旁的每個(gè)送料小車上料處設(shè)電氣箱或按鈕盒。箱上布置急停按鈕、滿足走車條件的指示燈、物塊數(shù)不達(dá)M而需要推料時(shí)的控制按鈕(可復(fù)位計(jì)數(shù)器1)及手動(dòng)換層按鈕(可復(fù)位計(jì)數(shù)器2)等［3］。

2 SCADA 系統(tǒng)

實(shí)現(xiàn)設(shè)備自動(dòng)化的同時(shí)，我們將開發(fā)壓型設(shè)備集中控制系統(tǒng)(SCADA 系統(tǒng))，每臺(tái)設(shè)備的關(guān)鍵數(shù)據(jù)都將在中控室得以顯示，中控室可進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、發(fā)出指令等必要工作，對(duì)設(shè)備狀態(tài)和生產(chǎn)狀況將一目了然。

3 小結(jié)

釹鐵硼取向成型環(huán)節(jié)壓型設(shè)備的自動(dòng)化改造完畢后，產(chǎn)品性能及使用效果會(huì)起到顯著的變化。

首先，控制方式的改變必將帶來產(chǎn)品性能的改變。稱重精度將達(dá)到500 g±3 g;油缸位移誤差小于0.05 mm。除性能上的提升以外，新結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、SCADA 系統(tǒng)的構(gòu)建和故障遠(yuǎn)程診斷更是設(shè)備功能和使用效果上的顯著變化。

其次，對(duì)于降低人工勞動(dòng)強(qiáng)度、減員增效、促進(jìn)企業(yè)生產(chǎn)安全、節(jié)能降耗、降低成本、提升產(chǎn)品質(zhì)量以及提升企業(yè)效率、管理水平和信息化水平等方面都起到了重要的作用。

［1］王庭有.可編程控制器原理及應(yīng)用［M］.北京:國防工業(yè)出版社，2005.

［2］沈任元，吳勇.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

［3］王保保.傳感器簡明手冊(cè)及應(yīng)用電路－線性輸出磁場傳感器分冊(cè)［M］.西安:西安電子科技大學(xué)出版社，2007.

［4］趙負(fù)圖.新型傳感器集成電路應(yīng)用手冊(cè)［M］.北京:人民郵電出版社，2009.