丁腈橡膠目標靶控制系統的技術改造

王 林 孫寶歧 黃光靈

(中國石油蘭州石化公司電儀事業部，蘭州 730060)

丁腈橡膠目標靶控制系統的技術改造

王 林 孫寶歧 黃光靈

(中國石油蘭州石化公司電儀事業部，蘭州 730060)

針對丁腈橡膠干燥箱存在干燥效果欠佳的問題，從目標靶控制系統入手，對氣動和電控系統分別進行了技術改造。實際應用結果表明：對控制氣缸重新選型擴大了目標靶的調整范圍，能夠滿足產量變化的工藝生產要求；目標靶可根據工藝控制要求實現位置的自動糾偏，保障了安全生產和產品質量。

目標靶控制系統 丁腈橡膠 技術改造 電磁閥 磁致伸縮位移傳感器

目前，合成橡膠干燥系統大多采用帶式干燥器，橡膠顆粒在干燥網帶上分布的均勻性將直接影響干燥效果[1]，進而影響橡膠成品質量，因此均勻布料器在干燥系統中具有關鍵作用。由于橡膠顆粒流動性較差，料斗式和螺旋輸送式喂料機均無法滿足要求，因此目前主要使用擺動式均勻布料器和目標靶均勻布料器。兩種布料器的結構差異較大，擺動式均勻布料器主要由料斗、擺動導料槽和傳動裝置組成[1]，其工作原理是通過導料槽的來回擺動實現物料的均勻分布，但設備體積較大，現場振動大，機械傳動裝置動作頻繁，易發生機械故障。目標靶均勻布料器主要由目標靶本體、目標靶氣動系統和目標靶電控系統組成，當風送系統輸送的橡膠顆粒與目標靶板發生碰撞后，物料均勻灑落在干燥箱網板上。目標靶在電氣控制系統的聯合控制下可自動實現垂直和水平兩個方向的運動，即可調整目標靶板至合適的位置使物料分布均勻，其控制精度高，在工藝負荷穩定的情況下基本無需調節，因此被廣泛應用于合成橡膠干燥系統中。

然而，丁腈橡膠裝置目標靶原系統氣缸行程較短(垂直和水平位置均只可調節20～30mm)，導致目標靶調節范圍十分有限。當橡膠產量發生變化時，無法使靶板達到適當位置以保證濕膠在干燥器網板上均勻分布，影響干燥效果，造成成品膠水分超標，產品質量不合格。另外，由于氣缸常年使用，活塞磨損嚴重，當運行一段時間后，氣缸泄漏等問題會造成目標靶位置跑偏，需要人為手動干預，導致系統不能及時保障安全生產和產品質量。筆者針對目前存在的問題，通過應用PLC控制系統，對控制氣缸重新進行選型以擴大目標靶位置調整范圍，在控制目標靶位置的同時對它進行精確檢測，實現目標靶水平和垂直位置的自動控制功能。

1 橡膠干燥箱簡介

橡膠干燥箱是各種合成橡膠(如丁苯橡膠和丁腈橡膠)生產線上的專用設備，其作用是對經過擠壓機脫水后的橡膠顆粒進行干燥，將水分蒸發掉以達到后續工序要求。橡膠干燥箱采用單層帶式干燥器，利用熱風循環、對流干燥的方式對橡膠進行干燥。其中，目標靶是干燥箱的關鍵部件之一，擠壓脫水后的濕膠粒通過高壓風機進入干燥箱進料室，在進料室內與目標靶碰撞，從而均勻地分布在不銹鋼多空鏈板上。根據實際需要，改變目標靶的水平或垂直角度，可以調整膠粒在鏈板上的分布狀態。膠粒隨鏈板的前進以層狀輸送，陸續通過10個干燥室，每個干燥室有獨立的溫度控制回路，熱風自下而上穿過膠層使橡膠干燥，膠層厚度可以通過改變鏈帶速度進行調節。

2 氣動系統的改造

氣動系統為目標靶提供動力，它通過執行機構即氣缸將氣體的壓力能轉化為機械能輸出，從而實現對目標靶垂直和水平兩個方向的調整。其硬件組成主要包括帶內置直線位移傳感器的氣缸、電磁換向閥、調速閥及過濾減壓閥等。

為了擴大目標靶的調節范圍，需要對氣缸的行程進行放大，原氣缸行程僅20mm左右，本次改造將氣缸行程放大到90mm，包括水平和垂直位置。

目標靶氣動系統通過電控系統對電磁換向閥進行控制，從而驅動氣缸做直線運動，完成目標靶位置的調整，并通過氣控單向閥對目標靶位置進行保壓定位。電控系統發出信號，氣源箱系統供氣，此時電磁閥左端線圈上電，電磁換向閥左位工作，壓縮空氣經過先導式單向閥和雙向節流閥使目標靶伸出，直到到達設定的位置時，由位移傳感器將模擬信號送入PLC系統，由PLC輸出控制信號[2]，電磁閥斷電，氣缸停止動作，此時氣缸兩腔的壓縮空氣由氣控單向閥封閉保壓。反之，當電磁換向閥右端線圈通電時，電磁換向閥右位工作，壓縮空氣經先導式單向閥和雙向節流閥使目標靶縮回，直到到達設定的位置時，由位移傳感器發出運動停止信號，電磁閥斷電，氣缸停止動作，此時氣缸兩腔的壓縮空氣由氣控單向閥封閉保壓。

水平氣缸與垂直氣缸動作原理相同，如圖1所示。在本次改造中用到了SMC先導式單向節流調速閥，該單向閥具有氣控功能，當氣控回路氣源壓力達到控制壓力時，單向閥打開，實現氣缸的排氣，通過氣源管路交叉相接，可以實現氣缸排氣和保壓定位?；芈分羞€串有一臺節流閥，可以調整氣缸進氣和排氣速率，進而調節氣缸動作速率，提高氣缸動作精度。電磁換向閥選用的是三位五通雙電控中位排氣式電磁閥[3]，在兩端線圈均失電的情況下，兩個出氣孔與排氣孔相通，單向閥的存在保證了氣缸兩端氣源的密封性，實現氣缸的定位控制[4]。

圖1 水平氣缸(垂直氣缸)動作原理

3 電控系統的改造

為了實現丁腈橡膠干燥箱目標靶控制系統的自動控制，首先要保證目標靶水平和垂直位移可以實時檢測。但由于干燥箱內工況惡劣(高溫、潮濕)，且膠粒極易附著在執行機構和檢測元件上，因此必須選用合適的精密檢測儀表。經對比，最終選用磁致伸縮位移傳感器，它采用內部非接觸測量方式，使用壽命長、環境適應能力強[5]，能夠檢測氣缸的工作位置并提供絕對穩定、可靠、準確的重復輸出，不存在信號漂移或波動的情況，因此不需要定期標定和維護。磁致伸縮位移傳感器的傳感元件安裝在氣缸缸體內部，在檢測過程中不會對傳感器造成任何磨損，可通過電控系統上位顯示屏直觀地觀察目標靶工作情況，實現目標靶位置的在線檢測。

電控系統的核心控制通過OMRON SYSMAC小型PLC系統實現，整個系統包括兩個AI點(缸體內部磁致伸縮位移傳感器信號輸入)和4個DO點(水平、垂直氣缸雙電控電磁閥的控制線圈)。

目標靶控制系統分為手動和自動兩種控制模式，下面僅以水平控制為例給出部分系統程序。

水平方向手動控制程序段：

AN M 0.0//手、自動切換開關；

= L 20.0

A L 20.0

A M 0.1

= Q 4.0//水平氣缸前伸；

A L 20.0

A M 0.2

= Q 4.1//水平氣缸后縮；

水平方向自動控制程序段：

Network1:氣缸前伸控制

A(

A M 0.0//手、自動切換開關；

JNB_001//無條件跳轉至程序段_001；

L MD 0

L MD 1

-R

T MD 2//水平設定值減去水平測量值并送至MD2；

AN OV

SAVE

CLR

_001:A BR

)

A(

L MD 2

L MD 20

>R

)

=Q 4.0//當差值MD2大于偏差給定值MD20時，水平缸前伸；

Network2:氣缸后縮控制

A(

A M 0.0//手、自動切換開關；

JNB_002//無條件跳轉至程序段_002；

L MD 1

L MD 0

-R

T MD 3//水平測量值減去水平設定值并送至MD3；

AN OV

SAVE

CLR

_002:A BR

)

A(

L MD 3

L MD 20

>R

)

=Q 4.1//當差值MD3大于偏差給定值MD20時，水平缸后縮；

從程序中可以看到，目標靶的水平和垂直方向自動控制主要根據用戶自定義的偏差給定值MD20來實現，即測量值與設定值的偏差在給定偏差之間，表示控制位置已達到設定要求，當超出給定偏差時則氣缸動作并對它進行修正以達到跟蹤設定值的目的[1]。在實際應用過程中，給定偏差設定范圍為0.5～2.0mm，目標靶可根據工藝控制要求實現位置的自動糾偏，同時不會因給定偏差設定值過小而引起電磁閥和氣缸頻繁動作。

上位系統由HITECH工控觸摸屏實現，組態畫面中包括自動控制、手動控制、參數設置、氣缸標定、輸出測試及系統設置等選項。

4 結束語

筆者針對丁腈橡膠干燥系統存在干燥效果欠佳的問題，對系統進行了技術改造。本次改造通過氣動、電控系統實現了丁腈橡膠干燥箱目標靶的控制目標，利用PLC實現了目標靶位置的自動跟蹤功能，對控制氣缸重新選型擴大了目標靶的調整范圍，滿足了工藝生產要求。考慮到工藝工況環境，選用耐高溫、耐腐蝕材料的氣缸和氣動元件以保證設備的長周期穩定運行，從而保證目標靶的高可靠性和低維護性。

[1] 寧國鵬,王德成,王光輝.帶式干燥機擺動式均勻布料器的設計[J].農業機械學報,2007,38(8):193～195.

[2] 王勝龍,龔先高,吳瓊.基于PLC的運動目標靶自動控制系統[J].兵工自動化,2007,26(9):62～63.

[3] 王曉東.關于三位五通電磁閥的選擇[J].科技創新與應用,2014,(21):69.

[4] 李勝中,劉建新,夏一飛.基于PC機的氣缸定位控制系統[J].機床與液壓,2015,43(2):126～129.

[5] 賀瑞燕,賈文廣,郭杰.內置式位移傳感器在液壓缸中的應用[J].流體傳動與控制,2013,(1):45～46.

2016-02-03(修改稿)

TH89

B

1000-3932(2016)08-0875-03