精密鑄造硅溶膠制殼線控制系統的設計研究

趙麗君　李慶生

摘要：根據精密鑄造硅溶膠制殼線的生產工藝，采用先進的控制技術及工業網絡技術，設計了一套集PLC電氣控制系統、RFID信息追蹤系統、上位控制系統的自動硅溶膠制殼線控制系統。該控制系統根據制殼線生產工藝，劃分不同子系統的功能，對各子系統進行分別控制，再利用網絡與上位機的主控系統進行互聯，組建一個完整的控制系統。經過實際運行測試表明，本控制系統架構合理、運行可靠，控制系統的平穩運行也為其它類似工程提供了實踐借鑒經驗。

關鍵詞：精密鑄造;硅溶膠制殼線;RFID識別;自動控制;工藝數據跟蹤

引言

近年來，隨著工業技術中對熔模鑄件表面質量要求越來越高的情況下，將硅溶膠粘結劑應用于熔模鑄造生產，得到迅速發展。硅溶膠屬于環保型粘結劑，且硅溶膠制殼工藝在鑄造鑄件時，比復合型殼質量穩定，尤其是鑄件尺寸精度高，型殼高溫性能好，型殼透氣性高，抗蠕變能力強，具有更大的適應性和優越性。

現代化工業的今天，自動化是行業發展的大勢所趨。此背景下針對硅溶膠制殼工藝的完整生產線，使用PLC控制技術可以更好地保證產品精度，減少對人工的依賴，使生產質量和生產效率有大程度的保障，使硅溶膠制殼的產品質量好、生產效率高、環境污染少。同時，PLC控制系統具備數據采集、傳輸、分析、反饋、視頻監控、歷史查看等多種功能，可為自動化生產提供重要的信息和功能保障。

因此，設計開發一條自動化的精密鑄造硅溶膠制殼自動化生產線替代傳統的制殼過程，提高生產效率，提升產品質量及節約成本。同時，在保證產品工藝的前提下優化制殼生產線，對提升我國精密鑄造工藝設備的自動化、智能化水平有重要的實用意義。

1.硅溶膠制殼線的概述

如圖1所示硅溶膠制殼線加工工藝流程圖，該線采用懸掛輸送機為主要載體，為完成模組的沾漿、沾砂、硬化等作業，在相應的工位點設置了輔助檢測元件或設備。其中制殼是精密鑄造過程中最為核心的內容，將已經清洗完畢的模組，緩緩浸入配制好的漿料中，這樣可以防止蠟模溝槽處產生氣泡，待完全浸入后，漿料桶旋轉或者模組左右上下晃動，以使漿料能更好的完全潤濕模組，漿料完成后可進行淋砂。

硅溶膠制殼線控制系統組成主要有以PLC為主的電氣控制系統、以RFID技術為主的追蹤系統和上位機控制系統，根據硅溶膠制殼工藝，可劃分為傳輸系統（上件、傳輸和下件）、空調系統（干燥固化）、主控系統（對各子系統的檢測及監控）及工藝設備等，實現系統工作穩定執行和信息追蹤。

2.控制系統的設計

硅溶膠制殼線的控制系統的作用主要有：（1）實現對輸送線與各工藝的實時控制;（2）實現在線工件的識別、追蹤和管理;（3）保證生產線運行的穩定性、可靠性和安全性。

2.1 控制系統的組成

硅溶膠制殼線控制系統（如圖2所示）的上位機控制負責生產的總體安排，通過以太網與PLC構建的傳輸控制系統、空調系統、機械手臂控制系統等連接，實現實時監控執行層設備的各種數據，處理突發事件的功能。同時，上位機能夠根據傳輸情況對在線工件進行跟蹤和調度;能夠更新和維護在線工件的信息;以及工業機器人系統機器手控制，完成工件的摘取、沾漿、淋沙、掛回等工藝操作。設備控制以西門子PLC作為控制核心，根據系統不同的功能，進行子系統設計并就近控制。同時，上位機利用PROFIBUS-DP現場總線與傳輸線各子系統、機械手臂、射頻識別系統等進行主從通信，協調各生產動作和數據采集。

2.2 傳輸控制系統

根據硅溶膠制殼線工藝特點設計的輸送線相對較長，較長的輸送線存在吊具直接安裝到鏈條滑架上，無法實現自動轉掛，且人工轉掛效率低等問題。本硅溶膠制殼線傳輸系統選用的是普通懸掛輸送機，傳輸控制系統利用對鏈條張力的計算，利用多個小功率電機構建自適應控制系統，實現在鏈條允許的張力范圍內，共同驅動鏈條運行。

同時，傳輸線利用張緊機構對鏈條張力進行調節，解決傳輸線因工件轉彎、爬坡和載荷的變化而導致鏈條張力變化的問題。因此，傳輸系統每—個驅動裝置會布置一個張緊機構，它的作用是通過重錘張緊鏈條，如果鏈條張力發生變化使張緊機構產生位移，位移變化反饋到控制系統，通過計算調整相應電機的轉速，進而改變鏈條的張力，實現輸送系統的平穩運行。

2.3 空調控制系統

硅溶膠制殼線的干燥室分為上下兩層，工藝參數如表1所示。

為保證臘模和殼體的質量，外殼在干燥過程中必須嚴格控制空氣流速和溫濕度。因此，根據干燥固化的工藝要求，采用空調機組對其進行控溫、控濕等控制。同時，考慮夏季、冬季傳輸線的不同工作環境，采用兩套不同的控制參數，對干燥室循環風進行不同的處理工藝。

2.4 主控制系統

如圖3所示的上位機主控系統由系統管理、基礎數據、生產管理、綜合查詢、信息補錄等模塊組成，各模塊通過網絡將實現控制傳輸線上的設備啟停，參數調整，實時監控等功能。

硅溶膠制殼線控制系統上位機實現采用WINCC組態軟件，子系統是可以通過網絡集成到主控系統的設備，通過接口程序在主控系統上實現各子系統的功能。

3.結語

硅溶膠制殼線的控制系統結合PLC、變頻器、傳感器和電氣控制等技術，RFID信息追蹤系統、實現了對硅溶膠制殼線生產過程的遠程自動控制。該控制系統結合上位機控制系統實現整體管控，保障產品物料質量。經過實際運行測試表明，本系統架構合理、運行可靠，控制系統的平穩運行也為其它類似工程提供了實踐借鑒經驗。

參考文獻

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項目名稱：精密鑄造硅溶膠制殼生產線的研究與設計

項目編號：202001B010