基于PLC 控制的自動裝脫模機控制系統設計

徐元貴

（上海雷博司電氣股份有限公司，上海201807）

環氧澆注件作為高壓開關設備中的關鍵構件，在電力系統中具有舉足輕重的作用。目前環氧澆注件生產中的裝脫模操作工序大部分依靠人工完成，不僅勞動強度大、效率低,而且成型工藝也不穩定,導致環氧澆注件質量不可靠，并給輸變電設備帶來一定的安全隱患。所以當前迫切需要一種能夠快速固定模具機構和自動裝脫模的設備，來提高環氧澆注件生產自動化程度和工藝穩定性。自動化控制裝脫模機是一個必然選擇。為了滿足自動化需求，本文設計一種基于PLC 控制的自動裝脫模機控制系統應用于環氧澆注件生產中，將大幅度提高該產品的工藝穩定性。

1 生產工藝流程

環氧樹脂澆注件為熱固性材料，主要成分是環氧樹脂、固化劑和填料。環氧樹脂真空澆注工藝主要特征是在真空狀態下澆注成型，即模具放入真空澆注罐內，首先對真空澆注罐抽真空，然后開始澆注，澆注整個過程都是在真空狀態下進行。該成型產品主要應用于電力系統中75kV-1000kV 高壓、特高壓設備中。環氧樹脂真空澆注件生產工藝比較嚴謹，其工藝流程圖如圖1 所述。

圖1 生產工藝流程圖

首先進行檢驗，保證模具、嵌件和環氧樹脂材料均符合技術要求；裝模前先將模具和嵌件按要求進行預熱，裝模完成后轉運至真空澆注設備里面；然后真空澆注設備開始抽真空，模具在真空狀態下進行澆注；模具脫模前需要完成產品前固化，前固化時間和溫度均符合工藝要求；產品從模具中脫離后進行后固化處理，完成后進行tg 測試和精修；精修合格后需要進行檢驗，產品各方面性能均滿足要求后才能轉入包裝入庫工序，為用于75kV-1000kV 高壓、特高壓絕緣件生產提供質量保證。

裝模工序和脫模工序是環氧樹脂真空澆注件生產的主要工序，之前主要由人工操作完成，其勞動強度大，效率低；人工操作熟練程度和一致性直接影響到環氧樹脂澆注件的質量，所以自動化裝脫模是工業發展的必然趨勢；下面將介紹PLC 控制的自動裝脫模機控制系統組成及工作原理。

2 硬件系統構成

裝脫模機機械部分包括模具快速固定機構、設備底座、上模固定部、下模固定部、和模具翻轉組件。如圖2 為自動裝脫模機模型圖。

圖2 自動裝脫模機模型圖

模具快速固定機構共兩套，分別設置于上模固定部和下模固定部，用于固定所述模具的上模和下模。上模固定部通過門式支架上的兩邊立柱固定于設備底座一端上,其包括移動座、模具快速固定機構、門式支架。門式支架通過相對設置的兩邊立柱固定于設備底座一端上，兩邊立柱通過頂部橫桿連接為整體，移動座為兩個，通過絲桿和導柱相對設置于門式支架的兩邊立柱上。固定部的模具快速固定機構通過旋轉軸與相對設置的移動座聯接,其能夠繞旋轉軸軸線轉動和上下移動,其一側設置有齒輪，齒輪由蝸桿傳動，蝸桿通過兩端軸承座裝配于同側的移動座上，蝸桿的旋轉扭矩由一個氣動馬達或液壓馬達提供，這樣通過蝸桿齒輪傳動帶動所述上模固定部的模具快速固定機構翻轉，便于模具裝脫模操作。

裝脫模機控制系統硬件部分如圖3 所述, 采用西門子PLC作為自動化裝脫模機系統的控制器；西門子系列觸摸屏作為人機交互平臺；執行部件的驅動力為氣動元件，由7 個氣缸和6 個氣動馬達組成；氣缸用于直線往復運動，輸出力和直線位移；氣動馬達用于實現連續回轉運動，輸出力矩和角位移；控制器通過15 個三位五通電磁閥、6 個節流閥和15 個繼電器等對氣缸和氣動馬達進行控制。PLC 控制器I/O 分配如表1 所述。

圖3 系統硬件構成圖

表1 系統I/O 分配

PLC 控制器I 點分配如：移動臺移至工作區域時（傳感器I0.0），移動臺復位時（傳感器I0.1）……，PLC 控制器O 點分配如：模具放置臺氣缸控制閥三位五通電磁閥(Q0.0)( Q0.1) ，托架氣缸控制閥三位五通電磁閥(Q0.2)( Q0.3）……

3 自動裝脫模控制系統設計

系統PLC 編程軟件采用STEP 7- Micro/WIN SMART，是專門為S7-200 SMART 開發的編程軟件，能在Windows XP SP3/Windows 7 上運行，支持LAD、FBD、STL 語言；本次將裝脫模機控制系統采用模塊化設計，即一個功能獨立為一個模塊。共分為5 個模塊，分別為模具翻轉1（豎直- 水平）、模具翻轉2（水平- 豎直）、開模、脫產品、合模、上模翻轉，每個模塊又由若干個運動部件組成。模塊化設計的優點在于不但可以形成獨立的功能指令，通過手動按鈕操作實現功能運動；也可以按一定邏輯關系組成一個自動執行程序，實現自動裝脫模。模塊之間存在條件關系，滿足了系統邏輯和安全要求。

圖4 程序設計流程圖

3.1 運動控制流程

如圖4 所示,啟動系統后，模具放置臺和其他運動部件開始復位并準備就緒；模具由上工序傳輸至模具放置臺上；當傳感器檢測到模具后輸出托架高度調節指令，然后執行模具翻轉指令；模具翻轉指令完成后,PLC 輸出指令啟動下夾持機構齒輪組驅動部件氣動馬達，控制下模固定部的模具快速固定機構快速定位和固定模具下模；接著執行移動臺絲桿傳動指令，將模具移動至上模固定部一端；模具移動到預定位置后啟動相應氣動馬達執行上模固定部的模具快速固定機構向下移動至模具上模位置，然后執行上夾持機構四個獨立的絲桿傳動固定上模；上模固定后,上模固定部的模具快速固定機構上移開模,并由環氧件頂出組件取出環氧件；產品脫離模具后上模固定部的模具快速固定機構向下移動合模,并松開上模使模具合模；模具合模后執行移動臺絲桿傳動指令，模具由下模固定部移動至模具放置臺一端；模具歸位后執行模具翻轉指令，模具由模具翻轉組件翻轉并移至模具放置臺；最后模具由模具放置臺傳輸至下一工序。

3.2 適應性及安全性

由于不同的產品尺寸不盡相同, 模具的外徑和厚度也不同,為了適應不同尺寸模具, 本自動裝脫模機的PLC 控制系統具有面向用戶的參數輸入和存儲功能,滿足多種規格的模具裝脫模。該裝脫模機在運行過程中，如果沒有監控會有事故發生的風險，比如模具上模沒有固定或固定不完全，當在翻轉時會發生掉落事故。為此，在模具夾持機構上設置了光電感應來識別有無模具，通過模具夾持機構上位置編碼器來判斷夾持運動是否到位，如果有異常情況，PLC 控制器會收到信息并立即停止運行程序，同時發出報警信號。

4 控制系統測試

模具重量800KG，直徑900MM，通過控制系統觸摸屏選擇合適的參數，先執行脫模程序，當模具打開后自動暫停，操作工通過輔助設施實現產品脫離模具，然后繼續執行翻轉動作，當上模翻轉完成后會自動暫停，操作工進行擦拭模具，結束后人工按下控制按鈕開始執行裝模程序，最后模具歸位程序結束。

整個裝模和脫模過程運行比較穩定，時間為5 分鐘，而人工需要2 個人花費30 分鐘，并且勞動強度大。該裝脫模機大大提高了生產效率，降低了操作工的勞動強度，同時大大提高了產品的生產穩定性，對提高電力系統產品質量起到積極作用。

5 結論

本文介紹了基于PLC 控制的自動裝脫模機控制系統設計，具體包括機械結構設計和控制系統硬件設計內容。系統具有自動化程度高、便于操作和適應性強等優點，對提高產品生產效率和質量穩定性、降低勞動強度具有明顯的效果。滿足當前環氧樹脂真空澆注件生產工藝要求，保證了輸變電設備的安全穩定，實現環氧澆注件的高質量生產，為企業和社會帶來一定的經濟效益。