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在膠料混煉中，按照配方準(zhǔn)確稱量各種小料是保證混煉膠質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。過去，小料稱量主要靠人工操作，不僅勞動強(qiáng)度較大，生產(chǎn)效率較低，工作環(huán)境惡劣,稱量結(jié)果還容易受人為因素干擾，難以保證膠料組分的穩(wěn)定性，進(jìn)而造成產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。為此，本課題釆用可編程邏輯控制(PLC)技術(shù)和軟件技術(shù)相結(jié)合,設(shè)計一種效率高、精度高、穩(wěn)定性好的全自動小粉料稱量系統(tǒng)?，F(xiàn)將該系統(tǒng)的設(shè)計情況介紹如下。
1工藝要求
全自動小粉料稱量系統(tǒng)應(yīng)按照工藝要求自動稱量硫化劑、促進(jìn)劑、氧化鋅、防老劑、防焦劑、樹脂等數(shù)十種粉料。系統(tǒng)必須適應(yīng)粒子形狀、尺寸、團(tuán)聚性等不同的各種粉料田,保證下料順暢，防止料倉內(nèi)物料淤積。同時，系統(tǒng)設(shè)計為積木式拼裝結(jié)構(gòu)，根據(jù)粉料的種類靈活增減料倉數(shù)量，既能保證系統(tǒng)各個單元穩(wěn)定運(yùn)行，故障率較低，又能保證稱量精度高，使單種物料稱量誤差控制在0.3%以內(nèi)，料筐的定位精度在1.5cm以內(nèi)。另外，從安全、環(huán)保、健康體系建設(shè)的角度考慮，為減少環(huán)境污染、改善工作環(huán)境，系統(tǒng)釆用高效、清潔的除塵器。系統(tǒng)的上位機(jī)存儲各種配方，并按照生產(chǎn)計劃自動將配方參數(shù)發(fā)送到控制系統(tǒng)的PLC,上位機(jī)軟件系統(tǒng)具有實(shí)時監(jiān)控、故障報警、超差報警、報表打印、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、圖表顯示、生產(chǎn)排班等功能。
2結(jié)構(gòu)設(shè)計
為滿足系統(tǒng)自動化程度高、生產(chǎn)效率高、運(yùn)行穩(wěn)定、生產(chǎn)環(huán)境清潔等要求，系統(tǒng)設(shè)計時綜合考慮以下因素。
(1)裝料筐和卸料筐由同一個操作工完成，料筐軌道呈環(huán)形，套著裝料帶的料筐(起始位置空)走完一圈即完成全部粉料的稱量，整個下料和稱量過程完全由PLC控制,多個料筐可同時進(jìn)行物料稱量。
(2)不同物料具有不同粒徑、團(tuán)聚性、堆積性、壓縮性、安息角、內(nèi)摩擦角、流動性等性質(zhì)'氣根據(jù)物料性質(zhì)設(shè)計不同形式的料倉和給料裝置，保證系統(tǒng)下料順暢。
(3)確定除塵器電機(jī)功率時應(yīng)考慮氣流對電子稱量系統(tǒng)的影響。由于供料口附近設(shè)置了除塵抽風(fēng)口，除塵器電機(jī)功率過大，料筐上部和下部產(chǎn)生兩氣壓差較大，料筐稱量時變輕，導(dǎo)致總物料稱量誤差超限；除塵器電機(jī)功率過小，不能達(dá)到除塵效果。因此，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況確定除塵器電機(jī)功率。
(4)料筐軌道采用較簡單的驅(qū)動部件，這是因為機(jī)構(gòu)越簡單，設(shè)備故障率就越低,維護(hù)就越容易。在此，考慮通過齒輪和鏈條的簡單傳動機(jī)構(gòu)來驅(qū)動輻道，帶動料筐向下一個拱位運(yùn)動。
（5）為滿足上位機(jī)和PLC之間的高速通訊,二者之間采用RS485電纜進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。由于不同品牌的PLC通信語義不相同,故在上位機(jī)軟件模塊中建立常用品牌PLC的通信語義庫，從而滿足不同品牌PLC系統(tǒng)的需要。
2.1機(jī)械系統(tǒng)
機(jī)械系統(tǒng)主要由除塵器、解包室、料倉、供料器、稱量裝置、料筐、料筐軌道等部件組成,整體的機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖1所示。

除塵器釆用脈沖袋式除塵器。該除塵器釆用分室停風(fēng)、脈沖噴吹清灰技術(shù)，克服了常規(guī)脈沖除塵器和分室反吹除塵器的缺點(diǎn)，清灰能力強(qiáng)，除塵效率高,排放物濃度低，被廣泛應(yīng)用于粉料的除塵。在本系統(tǒng)中，為盡可能減少粉塵，在解包室的解包腔內(nèi)及供料器的加料口設(shè)置除塵抽風(fēng)口。通過調(diào)整抽風(fēng)口位置和調(diào)節(jié)抽風(fēng)口口徑等措施控制抽風(fēng)口風(fēng)壓,避免因產(chǎn)生的負(fù)風(fēng)壓過大而造成料筐被向上吸,致使總物料稱量誤差超限。
為防止粉料中的雜質(zhì)和較大硬塊進(jìn)入料倉同時加快投料的速度，應(yīng)在解包室內(nèi)設(shè)置振動篩，振動篩網(wǎng)眼的大小根據(jù)物料性質(zhì)來決定。.料倉是機(jī)械結(jié)構(gòu)的重要組件'氣起暫時存放粉料的作用，為供料器提供均勻穩(wěn)定的物料。為防止物料沉積在料倉壁上,料倉的設(shè)計綜合考慮料倉中物料的流動形式和整體流動特性，同時還為不同的物料設(shè)置不同的破拱裝置，如振動破拱裝置、氣動活塞破拱裝置、空氣清堵器破拱裝置、脈沖側(cè)吹破拱裝置、抖動內(nèi)襯破拱裝置等,使下料保持通暢。
供料器釆用電磁振動供料器，通過控制振幅和振動頻率來調(diào)節(jié)供料速度E。供料器供料能力除受物料顆粒大小、溫度和濕度等影響外，還受料槽寬度及料槽傾角等因素的影響。按照供料快慢，稱量可分為快稱和慢稱，快稱時通過變頻器控制電磁振動器以大振幅振動，快速給料;當(dāng)接近目標(biāo)值時，變頻器控制電磁振動器以小振幅振動，慢速給料，這樣既保證了稱量速度,又保證了稱量精度。
矩形環(huán)狀料筐軌道由許多小段軌道拼接而成，各供料口、4個軌道轉(zhuǎn)角和物料總質(zhì)量校準(zhǔn)處的軌道下方均安裝有稱量裝置，用于測量物料質(zhì)量。料筐由軌道下方的傳動電機(jī)帶動，即由PLC控制電機(jī)，通過齒輪和鏈條驅(qū)動軌道的輻軸滾動，使料筐在軌道上滑行。
2.2控制系統(tǒng)
控制系統(tǒng)主要由PLC、稱量儀表、光電開關(guān)、變頻器、電動閥門等部件組成,PLC是核心部件，不同用戶可能采用不同型號的PLC。本課題采用比較典型的S7-300系列PLC,該系列PLC處理速度達(dá)到0.8?1.2ms,存儲器容量為2k,數(shù)字量達(dá)到1024點(diǎn)，模擬量通路128路。PLC通過PROFIBUS,ETHERNET和MPI等網(wǎng)絡(luò)與其他設(shè)備聯(lián)網(wǎng)通訊,通過RS-485端口與上位機(jī)進(jìn)行通訊。
稱量開始時，操作工將空料筐放置在料筐裝卸區(qū)，系統(tǒng)按照上位機(jī)發(fā)送的配方參數(shù)自動控制料筐在軌道上的移動團(tuán),當(dāng)料筐到達(dá)指定的供料口時,PLC控制稱量裝置初始化稱量參數(shù)，通過變頻器控制電磁振動器快速給料，當(dāng)物料質(zhì)量接近目標(biāo)值時,變頻器控制電磁振動器慢速給料，當(dāng)物料質(zhì)量達(dá)到目標(biāo)值后，料筐軌道電機(jī)帶動轉(zhuǎn)輻轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)輻帶動料筐向下一個物料供料口移動。重復(fù)相同的過程，直到配方中所有物料稱量完畢,料筐運(yùn)行至總質(zhì)量校準(zhǔn)處進(jìn)行校驗?？傎|(zhì)量校驗完畢后料筐再次進(jìn)入裝卸區(qū)，由操作工卸除料筐，完成單個料筐的稱量。多個料筐可以在系統(tǒng)的控制下并行稱量，稱量效率大大提高。控制系統(tǒng)運(yùn)行過程如圖2所示。
2.3上位機(jī)軟件系統(tǒng)
上位機(jī)軟件系統(tǒng)由配方管理子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)、報表管理子系統(tǒng)、實(shí)時監(jiān)控子系統(tǒng)、故障處子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲子系統(tǒng)、生產(chǎn)計劃管理子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析子系統(tǒng)等組成，如圖3所示。

配方管理子系統(tǒng)負(fù)責(zé)配方數(shù)據(jù)的錄入、存儲、管理、發(fā)送等工作，可以按照生產(chǎn)計劃隨時調(diào)取相應(yīng)的配方數(shù)據(jù)⑸。數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)負(fù)責(zé)上位機(jī)和PLC的通信工作，將配方數(shù)據(jù)翻譯成PLC執(zhí)行命令參數(shù)發(fā)送到PLC命令接收區(qū)。對于不同型號的PLC,數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)可自動屏蔽PLC型號差異，自動匹配通信協(xié)議，使上位機(jī)與PLC間的通信對于用戶透明。報表管理子系統(tǒng)負(fù)責(zé)臺班報表的打印、存儲、查詢等功能。實(shí)時監(jiān)控子系統(tǒng)可以實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，系統(tǒng)每一個傳感器的當(dāng)前狀態(tài)均可以從實(shí)時監(jiān)控界面中直觀顯示出來。故障處理子系統(tǒng)負(fù)責(zé)處理設(shè)備運(yùn)行中的故障報警，方便操作者分析故障產(chǎn)生的原因并及時進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)存儲子系統(tǒng)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建、查詢、更新、備份等工作，使有價值的數(shù)據(jù)持久化。生產(chǎn)計劃管理子系統(tǒng)通過與工廠管理信息系統(tǒng)(MIS)接口，接收工廠統(tǒng)一的生產(chǎn)目標(biāo)計劃,并根據(jù)生產(chǎn)計劃自動安排備料和排班。數(shù)據(jù)分析子系統(tǒng)可以對歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘，將當(dāng)前生產(chǎn)數(shù)據(jù)與歷史最優(yōu)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，分析誤差產(chǎn)生的原因，進(jìn)而提出改進(jìn)措施。
3結(jié)語
本課題設(shè)計的全自動小粉料稱量系統(tǒng)采用積木式拼裝結(jié)構(gòu),具有組裝靈活、自動化程度高、稱量精度高、數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)、生產(chǎn)環(huán)境清潔等優(yōu)點(diǎn)，適合大批量混煉膠生產(chǎn)。該系統(tǒng)已經(jīng)在山東、河南、甘肅等多個橡膠輪胎和制品企業(yè)實(shí)際應(yīng)用，大大提高了這些企業(yè)粉料稱量效率，改善了生產(chǎn)條件，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益。該設(shè)備值得在橡膠行業(yè)內(nèi)大規(guī)模推廣。

作者：侯金智

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