李忠明，余梓唐

（義烏工商學(xué)院 機電信息分院，浙江義烏322000）

1 引言

鋅合金拉鏈頭壓鑄生產(chǎn)工藝流程主要包括鋅合金熔化保溫、壓鑄機加料、合模壓鑄、拉鏈頭與澆柄分離（分料）、廢料回爐等環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝中各工序人工干預(yù)成份較多，未能形成全自動生產(chǎn)流水線，存在人工消耗大、勞動強度高、工作環(huán)境惡劣及工作效率低等弊端。

鋅合金熔化的傳統(tǒng)方法是采用焦炭燃燒高溫熔化，焦炭爐爐腔溫度需人工調(diào)節(jié)，很難保證熔化溫度的恒穩(wěn)性，經(jīng)常出現(xiàn)間斷性壓鑄廢品，平均廢品率達(dá)9.2%；壓鑄機加料工藝普遍采用加料機械手通過抓料、運料、注料3個動作完成，機械手按照設(shè)計的固有流程抓料，然后沿導(dǎo)軌運動至事先規(guī)定的壓鑄機向目標(biāo)模具實施注料動作，整個過程按照設(shè)計好的固定模式進(jìn)行，當(dāng)生產(chǎn)不同品種的拉鏈頭時，加料系統(tǒng)必須重新設(shè)計或做較大調(diào)整，會導(dǎo)致整個拉鏈頭壓鑄過程效率較低；分料過程采用人工實現(xiàn)，壓鑄半成品積聚后經(jīng)人工搬運并裝入分料機，分料機滾筒轉(zhuǎn)動，靠離心力與碰撞使拉鏈頭與澆柄分離，分離后的拉鏈頭與澆柄仍然處于混料狀態(tài)，需再采用人工從混料中撿出，剩余部分作為廢料再行回爐。

PLC 已廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)線控制［1－8]，本文針對鋅合金拉鏈頭壓鑄生產(chǎn)線的熔化、加料、壓鑄、分料、回料等環(huán)節(jié)，對生產(chǎn)線上相關(guān)設(shè)備進(jìn)行研發(fā)、改造和集成，采用PLC控制系統(tǒng)，實現(xiàn)拉鏈頭壓鑄的全自動生產(chǎn)流水線，改善了車間工作環(huán)境、節(jié)省了人工、降低了勞動強度、提高了生產(chǎn)效率。

2 系統(tǒng)設(shè)計

鋅合金拉鏈頭壓鑄自動生產(chǎn)線由鋅合金熔化、自動加料系統(tǒng)、壓鑄及自動分料系統(tǒng)、自動回爐送料系統(tǒng)等部分組成，熔化爐溫度采用PID自動調(diào)節(jié)，自動加料、壓鑄、自動分料、回爐送料采用PLC控制實現(xiàn)。

鋅合金熔化溫度約在470℃時效果最佳，采用傳統(tǒng)的焦炭爐很難進(jìn)行恒溫控制。采用氣體燃料通過流量自動控制則能較好地解決調(diào)溫及恒溫要求，為此，采用煤氣發(fā)生爐將煤轉(zhuǎn)換成混合煤氣，配以爐溫反饋PID調(diào)節(jié)器能方便實現(xiàn)爐溫的可調(diào)可控。拉鏈頭壓鑄生產(chǎn)線示意圖如圖1所示。

2.1 自動加料系統(tǒng)

圖1 鋅合金拉鏈頭壓鑄生產(chǎn)線構(gòu)成

加料系統(tǒng)由熔爐、加料機（天車及機械手）、天車導(dǎo)軌、天車定位行程開關(guān)、壓鑄機保溫爐及PLC控制系統(tǒng)等構(gòu)成。加料機負(fù)責(zé)將熔爐中液態(tài)鋅合金送到壓鑄機保溫爐，由缺料傳感器提供壓鑄機缺料信號，PLC識別、確定加料任務(wù)并發(fā)出加料指令，天車依據(jù)加料指令通過行程定位開關(guān)停車加料。

加料機由變頻器、行走電機、升降電機、擺出電機分別執(zhí)行天車加／減速、天車前進(jìn)／后退，料勺升／降、料勺左右傾倒等動作。加料系統(tǒng)信息傳遞及控制采用基于 S7－300（主控端）和 S7－200（受控端）的無線以太網(wǎng)設(shè)計［9－12]。缺料識別采用“液位”識別方式，由于鋅合金本身是導(dǎo)體，可利用金屬探針作為壓鑄機保溫爐的液位檢測開關(guān)，也可采用金屬浮球進(jìn)行液位檢測。天車行走速度、配給量和倒料速度均可自由設(shè)定和調(diào)節(jié)，兩側(cè)配有碰撞急停觸發(fā)開關(guān)，并設(shè)計有聲光警示裝置，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。

2.2 壓鑄及自動分料系統(tǒng)

壓鑄機和分料機的控制系統(tǒng)采用同一個PLC實現(xiàn)一體控制，通過編程實現(xiàn)壓鑄過程的檢測、合模、加注、保溫、開模、掃落、噴油等動作控制，同時承擔(dān)分料機的定量裝料、定時滾料、倒料等動作控制。

PLC實現(xiàn)對開模數(shù)量的計數(shù)，鑄件從壓鑄機掃落后靠重力落入上層壓鑄機和下層分料機之間的管道中緩存，當(dāng)開模數(shù)量到達(dá)預(yù)置數(shù)值時，管道緩存活門通過氣缸打開，鑄件落入分料機滾料桶進(jìn)行分料。開模數(shù)量的預(yù)置值及滾料時間等參數(shù)均通過壓鑄機PLC的觸模顯示屏輸入，可根據(jù)不同的模具設(shè)置合適的分料參數(shù)。管道緩存活門的開／關(guān)及離心分料電機的起停也均由PLC控制，實現(xiàn)壓鑄分料一體化工作。

分料機滾筒采用六角柱面篩孔設(shè)計，在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下依靠碰撞力和離心力將成品拉鏈頭從澆柄分離并通過篩孔送出，其機架可豎直90°翻轉(zhuǎn)，以實現(xiàn)自動受料和倒料；分料機前端設(shè)計有適當(dāng)容積的積料箱，用于壓鑄件的暫存，并設(shè)計有計數(shù)功能及自動閥門打開裝置，以定時積料和灌料。

2.3 自動回爐送料系統(tǒng)

送料回爐系統(tǒng)負(fù)責(zé)分料后澆柄等廢料的自動回爐，由地面軌道、在軌小車、變頻器、驅(qū)動電機、卸料電機、車載PLC、主控PLC控制器及串行無線收發(fā)設(shè)備等構(gòu)成。系統(tǒng)采用在軌運料小車運料，PLC控制運料任務(wù)選擇、定位?？?、驅(qū)動分料機出料、到站倒料等動作的執(zhí)行，采用基于OMRON CJ2M（主控端）、OMRON CP1E（小車端）的 RS232無線通信方式。

分料系統(tǒng)完成分料后向回爐送料系統(tǒng)主控PLC發(fā)送送料請求信號，主控PLC識別請求信號的機位后，通過串行通信口發(fā)出小車驅(qū)動電機動作指令，指令通過無線收發(fā)設(shè)備發(fā)送和接收，車載PLC根據(jù)接收的指令向變頻器發(fā)出控制信號，控制驅(qū)動電機、卸料電機進(jìn)行在軌小車的運動和卸料。由于車輪與鋼軌之間的摩擦系數(shù)較小，為了保證小車能準(zhǔn)確定位停車，停車前要先發(fā)出減速指令使驅(qū)動電機減速，降到0.15-0.25m／s速度后，再發(fā)停車指令。

3 任務(wù)選取算法

在加料系統(tǒng)和回爐送料系統(tǒng)中，出現(xiàn)多個機位有任務(wù)請求時，將出現(xiàn)送料任務(wù)選取問題。任務(wù)選取算法基于各機位的優(yōu)先級進(jìn)行［13]，有固定優(yōu)先級和動態(tài)優(yōu)先級兩種設(shè)計方案。

固定優(yōu)先級根據(jù)任務(wù)機位與目標(biāo)站的距離決定優(yōu)先級，距離越近優(yōu)先級越高，這種算法編程簡單。動態(tài)優(yōu)先級在內(nèi)存中維護(hù)一個隊列，該隊列動態(tài)記錄各機位的優(yōu)先次序，當(dāng)某機位獲得過一次任務(wù)后其優(yōu)先級自動降低，移向隊尾，這樣可保證各機位獲取任務(wù)執(zhí)行機會的平等。兩種算法的優(yōu)缺點如表1所示。

表1 固定和動態(tài)優(yōu)先級任務(wù)選取算法比較

以CJ2M CPU13機型用于回爐運料系統(tǒng)為例，說明動態(tài)優(yōu)先級算法的實現(xiàn)，其算法如圖2所示。

圖2 動態(tài)優(yōu)先級任務(wù)選取算法

D100-D124中存放第0-24機位的任務(wù)請求信息，0表示無請求，1表示有請求。D0-D24中存放各機位送料任務(wù)的目標(biāo)站臺（1-5），其中目標(biāo)站臺為1時最多可同時選取3個機位執(zhí)行運料任務(wù)，其余各站臺一次只能選取一個機位執(zhí)行運料任務(wù)。輔助內(nèi)存分配如下：

D150-D174：各機位優(yōu)先級排序隊列，每個字單元記錄機位0-24中的一個值；

D200-D224：各機位優(yōu)先級排序臨時隊列；

D300：當(dāng)前任務(wù)選取的機位數(shù)（≤3）；

D301-D303：當(dāng)前任務(wù)選取的機位（0-24）；

D304：目標(biāo)站臺（1-5）；

D305：任務(wù)選取完成標(biāo)志，0-未完成，1-已完成。

4 結(jié)論

采用本文所述方法，對鋅合金拉鏈頭壓鑄機控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，利用PLC控制實現(xiàn)加料、壓鑄、分料、回料等工序的控制和集成，實現(xiàn)拉鏈頭壓鑄全自動生產(chǎn)流水線，在生產(chǎn)線滿負(fù)荷工況下，完全能夠達(dá)到按需實時均衡送料，其控制系統(tǒng)的實時自檢和警示文本信息的聲光報警功能，為系統(tǒng)維護(hù)提供了便利。所實現(xiàn)的系統(tǒng)運行平穩(wěn)、可靠性高，能顯著改善車間工作環(huán)境、節(jié)省了人力、提高了生產(chǎn)效率。

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