栗自斌

(賀祥機(jī)電股份有限公司 河北 唐山 063304)

前言

我國(guó)是世界上陶瓷歷史最悠久、目前陶瓷產(chǎn)量最大的國(guó)家。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，衛(wèi)生陶瓷的生產(chǎn)、工藝技術(shù)水平也得到大幅提升；高效率的“高壓注漿成形技術(shù)”相繼取代了落后的“微壓注漿成形工藝”并逐步推廣應(yīng)用。近些年來(lái)，由于洗面器產(chǎn)品多樣化、結(jié)構(gòu)復(fù)雜化、尺寸逐步趨于大型化，現(xiàn)有洗面器立式澆注高壓成形設(shè)備無(wú)法滿足生產(chǎn)需求；尤其大規(guī)格薄邊柜盆，由于其超大的形體結(jié)構(gòu)及超薄的坯體厚度，坯體的成形/脫坯難度大、產(chǎn)品合格率低，制約了柜盆高效化生產(chǎn)的需求。通過(guò)柜盆高壓注漿成形機(jī)對(duì)超大、超薄柜盆的注漿成形工藝及模型結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，借鑒國(guó)外同類產(chǎn)品技術(shù)，每套模具可獨(dú)立旋轉(zhuǎn)、單獨(dú)設(shè)定工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)柜盆高壓注漿成形生產(chǎn)的同時(shí)，滿足不同型號(hào)產(chǎn)品的混載生產(chǎn)。該項(xiàng)成形技術(shù)的推廣應(yīng)用，為國(guó)內(nèi)衛(wèi)生陶瓷企業(yè)的柜盆產(chǎn)品注漿成形向自動(dòng)化、智能化發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

柜盆高壓成形機(jī)包括主機(jī)框架、模具安裝基板、開(kāi)合模機(jī)構(gòu)、型壓緊機(jī)構(gòu)、模具翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、氣控系統(tǒng)、氣動(dòng)泥漿加壓系統(tǒng)、升降脫坯車。該成形機(jī)具備模具翻轉(zhuǎn)功能，可實(shí)現(xiàn)模具垂直注漿、水平脫坯，滿足大型薄邊柜盆生產(chǎn)需求；成形機(jī)搭載6套模具，系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，每套模具配備單獨(dú)工藝氣控系統(tǒng)，其注漿時(shí)間、壓力等技術(shù)參數(shù)根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，適宜于不同規(guī)格型號(hào)的柜盆模型混載、坯體組合澆注。

電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，在設(shè)備集中控制區(qū)域安裝SMC氣控模塊和分布式I/O，利用工業(yè)以太網(wǎng)Profinet通訊技術(shù)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與主控系統(tǒng)的PLC之間的數(shù)字式、串行、多點(diǎn)通信，大大降低了現(xiàn)場(chǎng)安裝、布線難度，并提高設(shè)備綜合運(yùn)轉(zhuǎn)率。

1 柜盆高壓成形機(jī)結(jié)構(gòu)概述

柜盆高壓成形機(jī)是集水、電、氣、液壓、真空技術(shù)為一體的現(xiàn)代化高壓注漿成形設(shè)備，設(shè)備主要由開(kāi)合模機(jī)構(gòu)、型壓緊機(jī)構(gòu)、氣動(dòng)泥漿加壓、翻轉(zhuǎn)脫坯機(jī)構(gòu)、升降脫坯車等組成，其示意圖如圖1所示。

圖1 柜盆高壓成形機(jī)示意圖

1.1 開(kāi)合模機(jī)構(gòu)

開(kāi)合模機(jī)構(gòu)主要是由開(kāi)合驅(qū)動(dòng)裝置和定位裝置組成。

1.1.1 驅(qū)動(dòng)裝置

開(kāi)合模驅(qū)動(dòng)裝置是由減速機(jī)、開(kāi)合模鏈條機(jī)構(gòu)組成，鏈條與末端基板行走小車固定，減速機(jī)帶動(dòng)固定在轉(zhuǎn)軸上的齒輪，撥動(dòng)鏈條正反向旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)末端基板往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而完成6套模具開(kāi)合模作業(yè)。

合模時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn)末端主基板向設(shè)備端部方向移動(dòng)，并依次將中間主機(jī)板推向合模位；開(kāi)模時(shí)，電機(jī)反向旋轉(zhuǎn)，首先將末端主基板向設(shè)備末端方向拉動(dòng)，中間基板通過(guò)與末端主基板鏈接的鋼絲軟索依次拉開(kāi)。

1.1.2 定位裝置

開(kāi)合模定位裝置在確保型壓緊卸壓后，以及開(kāi)模期間模具保持在一定位置，其動(dòng)作與開(kāi)合模機(jī)構(gòu)配合運(yùn)行。

開(kāi)模時(shí)，當(dāng)型壓緊液壓系統(tǒng)壓力降至低壓時(shí)，氣缸伸出，將模型與框架通過(guò)硬摩擦進(jìn)行固定，隨著模具拉開(kāi)動(dòng)作的進(jìn)行，定位氣缸逐個(gè)縮回，使其在上一模具拉動(dòng)下進(jìn)行移動(dòng)。當(dāng)模具全部拉開(kāi)到位后，定位氣缸伸出，防止旋轉(zhuǎn)過(guò)程中模具位置移動(dòng)。

氣缸控制氣源由SMC氣控模塊電磁閥組提供。

氣缸設(shè)置伸出縮回位置傳感器，接入SMC氣控模塊數(shù)字輸入口，并通過(guò)Profinet與主系統(tǒng)連接。

1.2 型壓緊機(jī)構(gòu)

型壓緊機(jī)構(gòu)由端部主機(jī)板、尾部主機(jī)板、型壓系統(tǒng)、油缸、拉桿、鎖緊裝置等組成，其如圖2所示。

型壓系統(tǒng)由緊湊型液壓站、液壓缸、液壓管路及附件、電氣系統(tǒng)組成。

液壓站采用雙聯(lián)泵形式，分別實(shí)現(xiàn)低壓大流量和高壓小流量；其中包括兩級(jí)壓力檢測(cè)，分別為低壓壓力、高壓壓力檢測(cè)。

型壓系統(tǒng)由PLC I/O控制，系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中液壓壓力變送器輸出模擬量信號(hào)，經(jīng)PLC AI模塊A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字量在HMI主界面實(shí)時(shí)顯示，并繪制、記錄加壓曲線。

圖2 型壓緊機(jī)構(gòu)示意圖

液壓管道系統(tǒng)回油管路末端設(shè)置壓力傳感器，檢測(cè)過(guò)濾裝置前后壓差，壓差值在HMI界面上顯示并記錄。當(dāng)過(guò)濾網(wǎng)兩側(cè)壓差達(dá)到或超過(guò)壓力設(shè)定值時(shí)，HMI界面彈出液壓油過(guò)濾網(wǎng)清洗提示。

1.3 氣動(dòng)泥漿加壓

氣動(dòng)泥漿加壓?jiǎn)卧才鋫?組，分別與6套模具聯(lián)通。加壓?jiǎn)卧饕赡酀{存儲(chǔ)罐、管道系統(tǒng)、閥門等組成，其如圖3所示。

圖3 氣動(dòng)泥漿加壓?jiǎn)卧疽鈭D

泥漿存儲(chǔ)罐容積為10～20 L，具體可根據(jù)器型大小設(shè)計(jì)。

高壓空氣比例閥通過(guò)SMC氣控模塊模擬量輸出，實(shí)現(xiàn)泥漿穩(wěn)步加壓，避免壓力瞬時(shí)增加對(duì)液壓系統(tǒng)和設(shè)備壓緊機(jī)構(gòu)造成沖擊。

泥漿溢流閥在泥漿罐上漿過(guò)程中保持打開(kāi)狀態(tài)，使泥漿迅速充滿罐體。

手動(dòng)加壓閥可供調(diào)試階段，以及高壓空氣比例閥或高壓空氣閥出現(xiàn)故障時(shí)臨時(shí)使用。

泥漿加壓系統(tǒng)控制單元由SMC氣控模塊EX600 SI單元、EX600-DXPD數(shù)字量輸入模塊、EX600-AMB模擬量輸入輸出模塊和電磁閥組組成。

氣動(dòng)泥漿加壓通過(guò)增壓泵將0.3～0.6 MPa壓縮空氣升壓至1.5～3.0 MPa，并在高壓注漿階段向小型泥漿罐加壓(壓力一般為0.8～1.2 MPa)。

1.4 翻轉(zhuǎn)脫坯機(jī)構(gòu)

翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)包括：模型安裝基板、翻轉(zhuǎn)電機(jī)減速機(jī)、分布式變頻器、動(dòng)力電源、控制電源、接近開(kāi)關(guān)等。

翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)安裝于主框架上的行走小車框架上，通過(guò)翻轉(zhuǎn)減速機(jī)平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)模具垂直/水平狀態(tài)切換；與升降脫坯車配合使用，實(shí)現(xiàn)薄邊柜盆自動(dòng)脫坯；此種脫坯方式降低了垂直脫坯操作的難度，并降低了產(chǎn)品變形等因素帶來(lái)的質(zhì)量影響。

1.5 升降脫坯車

升降脫坯車包括：液壓升降系統(tǒng)、托板承載板、高度微調(diào)機(jī)構(gòu)、操作盒、行走軌道等。控制機(jī)構(gòu)由分布式I/O模塊SPDB-08UP-011和Profinet網(wǎng)關(guān)SPPN-GW-001組成。

升降車各配備1臺(tái)小型液壓站，通過(guò)油缸桿伸縮實(shí)現(xiàn)上升和下降；升降車設(shè)置兩個(gè)位置(上位、下位)，高度分別由兩個(gè)接近開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制。升降車在注漿完成后輔助脫坯作業(yè)；每臺(tái)車配備操作按鈕盒，其設(shè)有上升按鈕、脫坯按鈕、下降按鈕、急停按鈕、使能按鈕。

1)上升按鈕。當(dāng)脫坯車到達(dá)脫坯位置后，按下上升按鈕使脫坯車上升，托板與坯體接觸；

2)脫坯按鈕。當(dāng)脫坯車上升到位后，按下脫坯按鈕，使坯體落在托板上；

3)下降按鈕。當(dāng)坯體脫型完畢，按下下降按鈕，使升降車下降到位；

4)使能按鈕。脫坯車返回原位，按下使能按鈕，設(shè)備才可進(jìn)行下步作業(yè)；

5)急停按鈕。在故障或危險(xiǎn)發(fā)生時(shí)按下急停按鈕，實(shí)現(xiàn)緊急停機(jī)操作。

2 自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用

柜盆高壓成形機(jī)搭載6套模具，其特點(diǎn)是泥漿循環(huán)、開(kāi)合模、型壓緊等機(jī)械動(dòng)作共用控制單元，在工藝控制方面，注漿時(shí)間、注漿壓力均要求單獨(dú)控制。鑒于以上特點(diǎn)，電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)導(dǎo)入分布式I/O及氣動(dòng)模塊集成技術(shù)。

2.1 分布式I/O及氣動(dòng)模塊集成技術(shù)的特點(diǎn)

分布式I/O及氣動(dòng)模塊集成技術(shù)，打破了傳統(tǒng)模擬控制系統(tǒng)采用的一對(duì)一的設(shè)備連線模式，而采用了總線通信方式，因而控制功能可不依賴控制室計(jì)算機(jī)直接在現(xiàn)場(chǎng)完成，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的分散控制。

2.1.1 增強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)信息采集能力

現(xiàn)場(chǎng)總線可從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備獲取大量豐富的信息，能夠很好地滿足工廠自動(dòng)化乃至CIMS系統(tǒng)的信息集成要求。現(xiàn)場(chǎng)總線是數(shù)字化的通信網(wǎng)絡(luò)，它不是單純?nèi)〈?～20 mA信號(hào)，還可實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)、故障和參數(shù)信息傳送。系統(tǒng)除完成遠(yuǎn)程控制，還可完成遠(yuǎn)程參數(shù)化工作。

2.1.2 具有開(kāi)放式、互操作性、互換性、可集成性

不同廠家產(chǎn)品只要使用同一種總線標(biāo)準(zhǔn)，就具有互操作性、互換性，因此設(shè)備具有很好的可集成性。系統(tǒng)為開(kāi)放式，允許其它控制算法、工藝方法、配方等集成到通用控制系統(tǒng)中。

2.1.3 系統(tǒng)可靠性高，易于維護(hù)

基于現(xiàn)場(chǎng)總線的自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)采用總線連接方式替代一對(duì)一的I/O連線，對(duì)于大規(guī)模I/O系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，減少了由接線點(diǎn)造成的不可靠因素。同時(shí)，系統(tǒng)具有現(xiàn)場(chǎng)級(jí)設(shè)備的在線故障診斷、報(bào)警和記錄功能，可完成現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)定、修改等參數(shù)化工作，也增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性。

2.1.4 降低了系統(tǒng)及工程成本

對(duì)于大范圍、大規(guī)模I/O分布式系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，節(jié)約了大量的電纜、I/O模塊及電纜敷設(shè)工程費(fèi)用。

2.2 分布式I/O及氣動(dòng)模塊集成技術(shù)的應(yīng)用

設(shè)備控制系統(tǒng)中分布式I/O及氣動(dòng)元件集成模塊主要有：分布式變頻器、SMC氣控模塊、遠(yuǎn)程I/O等。此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用完成設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的控制，模型翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、供/回漿系統(tǒng)、工藝空氣系統(tǒng)、升降脫坯機(jī)構(gòu)等。

2.2.1 分布式變頻器

2.2.1.1 特點(diǎn)

分布式變頻器可提供一個(gè)簡(jiǎn)單的遠(yuǎn)程I/O功能，并選配Profinet通訊接口插件，通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)與PLC控制柜連接，可以實(shí)現(xiàn)一臺(tái)PLC快速方便讀寫多臺(tái)變頻器參數(shù)。變頻器選用Danfoss，其型號(hào)為FCD302；設(shè)備調(diào)試期間可通過(guò)本地操控面板操控，實(shí)現(xiàn)減速機(jī)翻轉(zhuǎn)角度精準(zhǔn)定位。

分布式變頻器安裝在電動(dòng)機(jī)附近支架上；分布式設(shè)計(jì)減少了中央控制面板的使用量，并且無(wú)需使用大空間的電動(dòng)機(jī)控制機(jī)柜；同時(shí)減小了長(zhǎng)距離布置電動(dòng)機(jī)屏蔽電纜的需要。

2.2.1.2 工作原理

翻轉(zhuǎn)控制程序通過(guò)Profinet實(shí)現(xiàn)西門子PLC對(duì)多臺(tái)變頻器進(jìn)行控制，通過(guò)PLC組態(tài)為每臺(tái)變頻器分配地址及子網(wǎng)掩碼，并分配唯一的變頻器名稱(Host Name)，當(dāng)配置正確時(shí)，丹佛斯變頻器NS指示燈顯示為綠色。設(shè)置PLC與變頻器之間相互匹配的報(bào)文格式，完成PLC對(duì)多臺(tái)變頻器的控制與數(shù)據(jù)采集。

2.2.2 SMC氣控模塊

SMC氣控模塊采用EX600系列，主要由SI單元、DXPD數(shù)字量輸入模塊、AMB模擬量輸入輸出模塊和電磁閥組組成。

EX600系列氣控模塊提供全套的診斷和可編程參數(shù)，以滿足最嚴(yán)格的要求。EX600提供出色的靈活性，包括數(shù)字輸入、數(shù)字輸出和模擬量輸入單元選項(xiàng)。使用D-sub輸出塊，最多9遙控組的D-sub閥組可以連接到一個(gè)EX600通信模塊，可用協(xié)議包括PROFIBUS-DP，DeviceNet等的CC-Link，以太網(wǎng)的I/P和EtherCAT。

2.2.2.1 SI單元

EX600 SI單元配備網(wǎng)關(guān)模塊，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)間連接、協(xié)議轉(zhuǎn)換；在網(wǎng)絡(luò)層以上實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連，實(shí)現(xiàn)高層協(xié)議不同的網(wǎng)絡(luò)互連。EX600 SI網(wǎng)關(guān)模塊可對(duì)收到的信息重新打包，以適應(yīng)控制系統(tǒng)通信的需求。

安裝于各模具端部分控箱內(nèi)，實(shí)現(xiàn)6套模具與其它模塊及PLC控制核心之間通訊，協(xié)同完成信號(hào)反饋和各單元工藝控制功能。

2.2.2.2 DXPD數(shù)字量輸入模塊

接近開(kāi)關(guān)信號(hào)接入SMC氣控模塊數(shù)字輸入端口(位于各分控箱)，并通過(guò)Profinet進(jìn)行信號(hào)采集，實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)加減速及停止的精準(zhǔn)控制。

采集模型基板翻轉(zhuǎn)位置信號(hào)，通過(guò)EX600 SI單元與PLC通訊，實(shí)現(xiàn)模型翻轉(zhuǎn)電機(jī)啟動(dòng)、停止、高低速的轉(zhuǎn)換。

2.2.2.3 AMB模擬量輸入輸出模塊

高壓注漿時(shí)，為防止壓力過(guò)大或者不穩(wěn)定，在高壓空氣閥的管路上加一個(gè)比例調(diào)節(jié)閥，用PID調(diào)節(jié)指令進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。一次高壓和二次高壓時(shí)，分別把需要達(dá)到的壓力值寫入PID調(diào)節(jié)指令的“設(shè)定”端口。

EX600的串行接口模擬輸出單元控制高壓空氣比例閥ITV3000，實(shí)現(xiàn)壓力逐步分段增加，減小高壓空氣對(duì)供漿系統(tǒng)及型壓緊機(jī)構(gòu)的沖擊。

高壓空氣比例閥可設(shè)定最小、最大輸出壓力，防止泥漿反向進(jìn)入閥體，同時(shí)也避免壓力超高造成泥漿管道系統(tǒng)破損。

2.2.2.4 電磁閥組

電磁閥組是高壓注漿成形過(guò)程的控制核心，包括泥漿供給、空氣加壓、系統(tǒng)會(huì)將、模具洗凈、坯體鞏固、開(kāi)模等，與泥漿加壓系統(tǒng)協(xié)同控制并完成坯體成形作業(yè)，控制單元節(jié)點(diǎn)如圖4所示。

圖4 控制單元電磁閥組節(jié)點(diǎn)示意圖

工藝空氣系統(tǒng)控制單元分別安裝固定于模具行走小車的分控箱內(nèi)，共分為6套；控制單元由SMC氣控模塊EX600 SI單元、EX600-DXPD數(shù)字量輸入模塊和電磁閥組成。

2.2.3 分布式I/O

分布式I/O可以通過(guò)通信線實(shí)現(xiàn)Profinet網(wǎng)關(guān)SPPN-GW-001和PLC連接，將3輛升降脫坯車輸入和輸出信號(hào)集成到主控系統(tǒng)中。

分布式I/O模塊的型號(hào)為SPDB-08UP-011，分別安裝在設(shè)備正面立柱側(cè)，其主要用于升降脫坯車操作(上升、下降、脫型、急停、使能)及信號(hào)反饋(上升限位、下降限位)。

3 電氣控制系統(tǒng)的構(gòu)建

3.1 控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介

控制系統(tǒng)集成電、液、氣、通訊技術(shù)，電動(dòng)控制部分主要完成模具開(kāi)合，液壓控制部分實(shí)現(xiàn)模具鎖緊、取坯作業(yè)；氣路控制部分實(shí)現(xiàn)管道閥門開(kāi)關(guān)、工藝空氣切換等。

3.1.1 控制系統(tǒng)組成

控制系統(tǒng)是由電控柜、氣控柜，執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。

電控柜：PLC、HMI、路由器、分布式變頻器、分布式I/O、SMC氣控模塊；

氣控柜：氣控模塊7套；

執(zhí)行機(jī)構(gòu)：氣動(dòng)蝶閥36個(gè)、工藝閥60個(gè)、旋轉(zhuǎn)氣缸4個(gè)、剎車氣缸6臺(tái)、翻轉(zhuǎn)電機(jī)6臺(tái)、開(kāi)合模電機(jī)1臺(tái)、液壓站4臺(tái)、液壓油缸5臺(tái)。

3.1.2 控制系統(tǒng)拓?fù)涫疽鈭D

根據(jù)控制系統(tǒng)各網(wǎng)絡(luò)模塊單元構(gòu)建系統(tǒng)拓?fù)鋱D，如圖5所示。

圖5 控制系統(tǒng)拓?fù)鋱D

3.2 設(shè)備組態(tài)及通信地址分配

3.2.1 網(wǎng)絡(luò)視圖構(gòu)建

工控網(wǎng)絡(luò)組件包括：PLC、HMI、路由器、SMC氣控模塊、遠(yuǎn)程I/O、分布式變頻器。首先導(dǎo)入相關(guān)硬件GSD文件，然后從Profinet硬件配置里找到相應(yīng)組件模塊，網(wǎng)絡(luò)視圖構(gòu)建如圖6所示。

圖6 控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)視圖

3.2.2 地址分配

Profinet設(shè)備需要根據(jù)IP地址和設(shè)備名稱來(lái)識(shí)別。以SMC集成模塊為例，首先在博途組態(tài)設(shè)備地址和設(shè)備名稱，位于“設(shè)備組態(tài)→網(wǎng)絡(luò)視圖→選中Profinet從站→屬性→PROFINET接口→以太網(wǎng)地址”，如圖7所示。

將在線設(shè)備IP地址和設(shè)備名稱改為與組態(tài)相同。項(xiàng)目樹(shù)中，根據(jù)在線訪問(wèn)接口，更新在線可訪問(wèn)設(shè)備，點(diǎn)擊需要的設(shè)備，在右側(cè)的功能里進(jìn)行相應(yīng)IP和設(shè)備名稱分配，可根據(jù)MAC地址和LED閃爍對(duì)應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，如圖8所示。

圖7 設(shè)備網(wǎng)絡(luò)模塊地址分配圖(一)

圖8 設(shè)備網(wǎng)絡(luò)模塊地址分配圖(二)

分布式變頻器及其它IO模塊IP地址設(shè)定同上。

4 電氣控制程序設(shè)計(jì)

程序主架構(gòu)采用模塊化的編程策略，每個(gè)子程序中編寫相應(yīng)部分的控制程序，在主程序OB1塊中統(tǒng)一調(diào)用，OB1主程序安裝設(shè)置的掃描周期依次分別調(diào)用“Initialization”、“輸入信號(hào)”、“模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換”、“時(shí)間轉(zhuǎn)換”、“步序控制”、“泵站控制”、“開(kāi)合?？刂啤薄ⅰ胺D(zhuǎn)電機(jī)控制”、“工藝閥臺(tái)控制”、“脫坯車”、“工藝閥臺(tái)輸出及畫面顯示”、“本地面板狀態(tài)”、“模具清洗”等各個(gè)子程序，如圖9所示。

圖9 電氣程序架構(gòu)圖

在程序的框架中還有循環(huán)中斷OB30、硬件中斷OB40等中斷程序，當(dāng)有中斷事件發(fā)生時(shí)，它們將按照設(shè)定的中斷程序執(zhí)行相應(yīng)的中斷動(dòng)作。

4.1 型壓緊控制程序

型壓緊控制程序控制液壓站液壓泵啟動(dòng)/停止、比例調(diào)節(jié)閥模擬量調(diào)節(jié)，以及換向閥A、換向閥B、卸壓閥、差動(dòng)閥的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。

在加壓過(guò)程中，液壓泵啟動(dòng)、比例調(diào)節(jié)閥、換向閥A、差動(dòng)閥打開(kāi)；當(dāng)達(dá)到低壓壓力時(shí)，差動(dòng)閥關(guān)閉，系統(tǒng)進(jìn)入高壓加壓階段；當(dāng)液壓管路A回路達(dá)到設(shè)定壓力值時(shí)系統(tǒng)停止運(yùn)行，同時(shí)觸發(fā)伸出位置接近開(kāi)關(guān)并反饋到位信號(hào)；壓力損失至高壓下限值時(shí)，再次啟動(dòng)液壓系統(tǒng)補(bǔ)壓至高壓設(shè)定值，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)保壓功能。

在卸壓過(guò)程中，液壓泵啟動(dòng)、比例調(diào)節(jié)閥、換向閥B、卸壓閥打開(kāi)；當(dāng)壓力減小至低壓壓力時(shí)，卸壓閥關(guān)閉，油缸桿縮回，當(dāng)液壓管路B回路達(dá)到設(shè)定壓力值時(shí)系統(tǒng)停止運(yùn)行，同時(shí)觸發(fā)縮回位置接近開(kāi)關(guān)反饋到位信號(hào)。

4.1.1 工作原理

模具組合后，氣缸推動(dòng)鎖緊裝置，將拉桿與鎖緊頭呈交叉狀態(tài)。在液壓站作用下，將模具壓緊。

開(kāi)模時(shí)，油缸卸壓，氣缸推動(dòng)鎖緊裝置，將拉桿與鎖緊頭呈平行狀態(tài)。

型壓緊時(shí)，首先使拉桿與鎖緊頭呈交叉狀態(tài)，啟動(dòng)低壓大流量，迅速到達(dá)壓緊位，達(dá)到設(shè)定壓力時(shí)再啟動(dòng)高壓小流量，使模具壓緊；型松開(kāi)時(shí)，反之。

兩個(gè)油缸各設(shè)置兩個(gè)接近開(kāi)關(guān)，以檢測(cè)杠桿伸出和縮回狀態(tài)。

4.1.2 控制程序

4.1.2.1 加壓程序

根據(jù)工藝控制需要新建型壓緊控制程序FB塊(如圖10所示)，控制液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)型夾緊/卸荷，以及型夾緊/卸荷過(guò)程中高低速轉(zhuǎn)換功能；FB塊輸入端：現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)采集1個(gè)，壓力設(shè)定3個(gè)Iset1～3，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)采集信號(hào)與設(shè)定信號(hào)的比較分別輸出液壓系統(tǒng)4個(gè)壓力狀態(tài)；FB塊輸出端：超低(LL)、低(L)、高(H)、超高(HH)信號(hào)。

圖10 型壓緊控制程序FB塊

PLC從現(xiàn)場(chǎng)采集壓力變送器模擬量信號(hào)，經(jīng)A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換后將數(shù)值賦予“AnSingle”.HyPressure；“HMIParaSet”.OpenClose.HyPreSet1-3由觸摸屏設(shè)定；用比較指令判定“AnSingle”.HyPressure與“HMIParaSet”.OpenClose.HyPreSet1～3的關(guān)系，分別輸出超低(LL)、低(L)、高(H)、超高(HH)信號(hào)。

1)當(dāng)輸出超低(LL)信號(hào)時(shí)，鎖緊機(jī)構(gòu)可進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，并執(zhí)行開(kāi)合模動(dòng)作；

2)當(dāng)輸出低(L)信號(hào)時(shí)，液壓缸啟動(dòng)小流量高壓加壓動(dòng)作；

3)當(dāng)輸出超高(HH)信號(hào)時(shí)，液壓站停止運(yùn)行；

4)當(dāng)輸出高(H)信號(hào)時(shí)，液壓站執(zhí)行加壓動(dòng)作；

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)壓力變送器傳送數(shù)據(jù)，由上述3)、4)反復(fù)動(dòng)作確保合模壓力。

4.1.2.2 卸壓程序

開(kāi)啟卸壓閥減壓，換向閥電磁閥B開(kāi)啟油缸反向伸出，接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)兩側(cè)桿全部到位后液壓系統(tǒng)停止運(yùn)行。

4.2 翻轉(zhuǎn)控制程序

模型翻轉(zhuǎn)控制機(jī)構(gòu)由分布式變頻器、SMC氣控模塊EX600SI單元、EX600-DXPD數(shù)字量輸入模塊組成；控制程序完成翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)正向/反向旋轉(zhuǎn)，通過(guò)信息采集模塊反饋接近開(kāi)關(guān)信號(hào)實(shí)現(xiàn)快慢速轉(zhuǎn)換和正/反翻轉(zhuǎn)到位。

4.2.1 工作原理

翻轉(zhuǎn)減速機(jī)電機(jī)低速啟動(dòng)，后轉(zhuǎn)高速運(yùn)轉(zhuǎn)，接近翻轉(zhuǎn)位(水平位或垂直位)時(shí)，電機(jī)減速并在水平或垂直位停止運(yùn)行，工作狀態(tài)推移圖如圖11所示。

圖11 翻轉(zhuǎn)減速機(jī)電機(jī)工作狀態(tài)推移圖

4.2.1.1 正向(水平方向)翻轉(zhuǎn)

減速機(jī)電機(jī)抱閘打開(kāi)并以低速V1運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)至接近開(kāi)關(guān)LT2時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)為高速V2運(yùn)轉(zhuǎn)；轉(zhuǎn)至接近開(kāi)關(guān)LT3時(shí)減速，并在接近開(kāi)關(guān)LT4位置停止運(yùn)行，抱閘線圈關(guān)閉。

4.2.1.2 反向(垂直方向)翻轉(zhuǎn)

減速機(jī)電機(jī)抱閘打開(kāi)并以低速V1'運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)至接近開(kāi)關(guān)LT3時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)為高速V2'運(yùn)轉(zhuǎn)；轉(zhuǎn)至接近開(kāi)關(guān)LT2時(shí)減速，并在接近開(kāi)關(guān)LT1位置停止運(yùn)行，抱閘線圈關(guān)閉。

4.2.2 控制程序

4.2.2.1 運(yùn)行控制

表1 分布式變頻器FB1程序塊

調(diào)入分布式變頻器程序塊FB1(見(jiàn)表1)，定義輸入與輸出關(guān)聯(lián)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)電機(jī)減速機(jī)正向翻轉(zhuǎn)、反向翻轉(zhuǎn)和翻轉(zhuǎn)速度控制。速度值包括：低速、高速、點(diǎn)動(dòng)速度。

4.2.2.2 翻轉(zhuǎn)電機(jī)變頻器控制數(shù)據(jù)

PLC與變頻器通過(guò)以太網(wǎng)通訊，PLC把控制變頻器的字符串經(jīng)MOV指令傳送給變頻器，實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)減速機(jī)電機(jī)自動(dòng)控制；賦值程序如圖12所示。

圖12 分布式變頻器賦值程序

1)HMI操控界面設(shè)定的速度值“speeddb”.“1#”寫入QW68,實(shí)現(xiàn)變頻器速度輸出控制；

2)翻轉(zhuǎn)減速機(jī)電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，將字符串“W#16#047C”寫入QW66，實(shí)現(xiàn)正向翻轉(zhuǎn)動(dòng)作；

3)翻轉(zhuǎn)減速機(jī)電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，將字符串“W#16#847C”寫入QW66，實(shí)現(xiàn)反向翻轉(zhuǎn)動(dòng)作；

4)翻轉(zhuǎn)減速機(jī)電機(jī)沒(méi)有動(dòng)作時(shí)，將字符串“W#16#43C”寫入QW66，保證通信不中斷；

5)變頻器速度反饋，現(xiàn)場(chǎng)采集速度反饋值寫入中間變量sp_fb_dr1，經(jīng)DIV實(shí)數(shù)相除指令計(jì)算所得數(shù)值寫入DB6.DBD52，在HMI界面顯示。

4.3 開(kāi)合?？刂瞥绦?/h3>

開(kāi)合?？刂埔匕ǎ鹤冾l器、減速機(jī)電機(jī)、接近開(kāi)關(guān)等?？刂瞥绦?qū)崿F(xiàn)模型組合和模型打開(kāi)，并在模型打開(kāi)過(guò)程中通過(guò)接近開(kāi)關(guān)反饋位置信號(hào)，與脫型工藝緊密結(jié)合。

4.3.1 工作原理

合模開(kāi)始時(shí)，定位裝置縮回，驅(qū)動(dòng)裝置低速啟動(dòng)至接近開(kāi)關(guān)8#時(shí)轉(zhuǎn)高速，將模具依次推向合模位，至接近開(kāi)關(guān)LT2時(shí)電機(jī)減速，并在接近開(kāi)關(guān)LT1位置停止運(yùn)轉(zhuǎn)；同時(shí)定位裝置伸出，動(dòng)作推移如圖13所示。

圖13 合模減速機(jī)電機(jī)動(dòng)作推移圖

開(kāi)模時(shí)，6#模具定位裝置縮回，并啟動(dòng)6#模型脫型，延時(shí)n s后驅(qū)動(dòng)裝置低速啟動(dòng)至接近開(kāi)關(guān)LT2時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)高速，開(kāi)模同時(shí)依次完成坯體脫型動(dòng)作：接近開(kāi)關(guān)LT2時(shí)，5#模型定位裝置縮回、脫型；接近開(kāi)關(guān)LT3時(shí)，4#模型定位裝置縮回、脫型；接近開(kāi)關(guān)LT4時(shí)，3#模型定位裝置縮回、脫型；接近開(kāi)關(guān)LT5時(shí)，2#模型定位裝置縮回、脫型；接近開(kāi)關(guān)LT6時(shí)，1#模型定位裝置縮回、脫型。當(dāng)末端主基板至接近開(kāi)關(guān)LT7時(shí)電機(jī)減速，并在接近開(kāi)關(guān)LT8位置停止運(yùn)行。

4.3.2 控制程序

PLC輸出點(diǎn)經(jīng)中間繼電器，通過(guò)參數(shù)設(shè)置變頻器分別控制4個(gè)輸入端子，實(shí)現(xiàn)減速機(jī)電機(jī)啟/停、正/反、速度1(低速)、速度2(高速)；并在開(kāi)模過(guò)程中將位置信號(hào)反饋至PLC，實(shí)現(xiàn)與脫型控制程序聯(lián)動(dòng)。

4.4 泥漿加壓控制程序

泥漿加壓?jiǎn)卧?組參數(shù)分別設(shè)定單獨(dú)控制，控制要素包括：SMC模擬量輸出單元EX600-AMB、比例閥(ITVH2020-013CL)、氣控閥組、氣動(dòng)執(zhí)行器等?？刂瞥绦?qū)崿F(xiàn)泥漿罐上漿、泥漿罐比例加壓、泥漿罐卸壓等控制。

4.4.1 泥漿加壓系統(tǒng)示意圖

單套模具泥漿加壓?jiǎn)卧刂圃砣鐖D14所示。

4.4.2 工作原理

將比例閥和加壓遮斷閥打開(kāi)，向泥漿罐中注入壓縮空氣，對(duì)罐內(nèi)泥漿進(jìn)行加壓，實(shí)現(xiàn)高壓注漿的目的，高壓注漿時(shí)間根據(jù)相關(guān)工藝參數(shù)設(shè)定，高壓注漿完成后加壓遮斷閥、聯(lián)排閥5關(guān)閉，比例閥關(guān)閉，增壓泵停止運(yùn)行，排氣閥開(kāi)啟將泥漿罐內(nèi)壓力卸除。

1-比例閥 2-排氣閥 3-加壓遮斷閥 4-小型泥漿罐 5～8-聯(lián)排閥 9-三方閥 10-回漿匯流管 11-回漿泵 12-供漿泵 13-增壓泵圖14 泥漿加壓?jiǎn)卧刂圃韴D

比例閥(ITVH2020-013CL)通過(guò)PLC控制

SMC模擬量輸出單元EX600-AMB，實(shí)現(xiàn)比例調(diào)節(jié)。

4.4.3 程序設(shè)計(jì)

調(diào)入CONT_C指令，實(shí)現(xiàn)泥漿加壓手動(dòng)控制和PID自動(dòng)控制；加壓控制程序模塊CONT_C節(jié)點(diǎn)示意圖如圖15所示。

使用MOVE指令，通過(guò)HMI操作界面“HMIParaset”.ValaveStation.“PreSet1.1”和“PreSet1.2”分別給#SlurrySetPoint1賦值，實(shí)現(xiàn)兩段壓力控制。

1)MAN_ON得電時(shí)。EN開(kāi)啟，LMN_PER直接輸出MAN設(shè)定值。

2)MAN_ON不得電時(shí)。EN開(kāi)啟，現(xiàn)場(chǎng)采集值PV_IN與設(shè)定值SP_INT進(jìn)行比較，通過(guò)PID(比例、積分和微分信號(hào)綜合的控制量)來(lái)對(duì)被控制量LMN_PER進(jìn)行控制，輸出模擬量信號(hào)控制SMC電氣比例閥并輸出一定的壓力，使泥漿罐泥漿達(dá)到高壓注漿壓力設(shè)定值。

圖15 加壓控制程序模塊CONT_C節(jié)點(diǎn)示意圖

4.5 注漿控制程序

注漿控制單元包括：SMC氣控模塊EX600、氣動(dòng)閥門、真空泵。氣控模塊控制氣動(dòng)閥門實(shí)現(xiàn)供漿泵、回漿泵、供水閥，以及模具上漿、排(回)漿、排泥空氣、鞏固氣、脫型氣、脫型氣帶等相關(guān)開(kāi)閉控制。

4.5.1 控制系統(tǒng)示意圖

注漿氣控單元控制系統(tǒng)圖如圖16所示。

4.5.2 程序設(shè)計(jì)

閥臺(tái)輸出及參與控制的I/O點(diǎn)數(shù)較多，為便于程序的編寫和識(shí)別，新建FB塊以實(shí)現(xiàn)各氣動(dòng)閥門啟?？刂?。塊輸出與工藝控制閥節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)關(guān)系如表2所示。

1-里型供水閥 2-里型脫型空氣 3-里型脫水空氣 4-開(kāi)模氣帶 5-模具清洗噴頭 6-供水閥 7-排泥空氣 8-鞏固空氣 9-表型供水閥 10-真空閥 11-表型脫型空氣 12-表型脫水空氣 13-里型排水閥 14-表型排水閥圖16 注漿氣控單元控制系統(tǒng)圖

PLC與SMC遠(yuǎn)程通訊，按注漿工藝要求控制各閥開(kāi)關(guān)及邏輯關(guān)系，實(shí)現(xiàn)型脫水、泥漿循環(huán)、低壓注漿、高壓注漿(參泥漿加壓控制程序)、排泥、鞏固等工藝環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)與其它高壓成形設(shè)備類似，此處不再贅述。

5 結(jié)語(yǔ)

柜盆高壓成形機(jī)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)及分布式I/O控制系統(tǒng)的應(yīng)用，采用了先進(jìn)的系統(tǒng)集成理念，可實(shí)現(xiàn)模具垂直注漿、水平脫坯，滿足大型薄邊柜盆生產(chǎn)需求；每套模具配備單獨(dú)工藝氣控系統(tǒng)，注漿時(shí)間、壓力等技術(shù)參數(shù)根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，適宜于不同規(guī)格型號(hào)的柜盆模型混載、坯體組合澆注。模具翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的導(dǎo)入，可實(shí)現(xiàn)衛(wèi)生陶瓷柜盆自動(dòng)脫坯，從根本上改善國(guó)內(nèi)現(xiàn)有洗面器高壓成形立式澆注，人工(或其它機(jī)構(gòu))進(jìn)入設(shè)備脫坯操作的局面，該設(shè)備技術(shù)的投入為陶瓷行業(yè)柜盆高壓成形制造模式帶來(lái)重大變革，為衛(wèi)生陶瓷制造實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0奠定必要的基礎(chǔ)。

表2 塊輸出與工藝控制閥節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)關(guān)系

1 陽(yáng)憲惠.現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及其應(yīng)用.北京：清華大學(xué)出版社,2008

2 李正軍,李瀟然.現(xiàn)場(chǎng)總線及其應(yīng)用技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2017

3 吉順平,等.西門子PLC與工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2008

4 陳建明.電氣控制與PLC應(yīng)用(第2版).北京：電子工業(yè)出版社,2010

5 汪紀(jì)峰.現(xiàn)代控制理論.北京：人民郵電出版社,2013