喬 鵬

(山西省自動化研究所，山西 太原 030012)

釹鐵硼磁性材料，作為稀土永磁材料發(fā)展的最新結(jié)果，由于其優(yōu)異的磁性能而被稱為“磁王”。釹鐵硼磁性材料是釹，氧化鐵等的合金，又稱磁鋼。釹鐵硼具有極高的磁能積和矯力，同時高能量密度的優(yōu)點使釹鐵硼永磁材料在現(xiàn)代工業(yè)和電子技術(shù)中獲得了廣泛應(yīng)用，從而使儀器儀表、電聲電機、磁選磁化等設(shè)備的小型化、輕量化、薄型化成為可能。

在釹鐵硼生產(chǎn)取向成型環(huán)節(jié)，現(xiàn)有釹鐵硼壓型設(shè)備具有稱重、壓制、充磁等功能，但是各環(huán)節(jié)不能聯(lián)動，而且許多動作仍需人工完成，例如料倉控制、模具潤滑、模具裝料、物料表面平整、封裝、定制存放。

本自動化改造中，上述環(huán)節(jié)將由一臺設(shè)備完成，并且多臺設(shè)備可以通過自由組合構(gòu)建壓型環(huán)節(jié)的自動化生產(chǎn)線。

1 設(shè)備整體情況

1.1 設(shè)備總體介紹

本項目所改造的釹鐵硼壓型設(shè)備，用于釹鐵硼生產(chǎn)取向成型環(huán)節(jié)，通過機電液一體化設(shè)計，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化和生產(chǎn)管理的信息化?？刂茝墓δ苌戏譃榉Q重控制、裝料控制、平整控制、潤滑控制、壓型控制、充磁控制、保壓控制、退磁控制、脫?？刂啤⑤斔涂刂频龋?］。總體控制流程見圖1。

圖1 總體控制流程

1.2 設(shè)備各部分情況

1.2.1 初始化及原料、工況實時監(jiān)測部分

料倉儲存的工作所需原料為粉末狀固體顆粒。采用物位計檢測料倉內(nèi)原料剩余量。低位時，柱狀指示燈紅色段閃爍，提醒加料;剩余量檢測為零時，處于常亮狀態(tài)，提醒加料。

采用液位計檢測潤滑劑剩余量。低位時，柱狀指示燈的另一紅色段閃爍，提醒加潤滑劑;剩余量檢測為零時，處于常亮狀態(tài)，提醒加潤滑劑。

料倉為密封空間，加料后關(guān)閉。工作艙為另外的密封空間。充入氮氣防止氧化，并用氧分析儀檢測氧氣濃度，濃度高時加入氮氣，達到工藝要求時停止輸入。氧氣濃度高時，柱狀指示燈的黃色段閃爍，自動充氮氣;氧氣濃度達到上限值時，處于常亮狀態(tài)，自動充氮氣，此時不宜加料。

采用真空計檢測料倉和工作艙內(nèi)的真空度。由于原料具有很差的流動性，當真空度高時，料倉內(nèi)的原料很難進入托盤稱重。真空度高時，柱狀指示燈的綠色段閃爍，自動充氮氣;真空度達到上限值時，處于常亮狀態(tài)，自動充氮氣。

報警的柱狀指示燈安裝在電氣柜頂部。從上到下依次為:第一段紅色，物位報警;第二段黃色，料倉氧氣濃度報警;第三段綠色，料倉真空度報警;第四段紅色，潤滑劑液位報警;第五段黃色，工作艙氧氣濃度報警;第六段綠色，工作艙真空度報警。

1.2.2 稱重部分

現(xiàn)有控制模式為:按下開始按鈕，振動線圈得電，通過振動將料倉中的物料加到稱重托盤上。托盤底部有壓力傳感器，達到一定值時，調(diào)節(jié)電位計改為低速振動;達到額定值時，停止振動。其原理是通過改變串入的電阻值進行調(diào)壓，改變振動頻率。

由于原有控制為點動控制或“半自動控制”，且振動線圈的控制方式扥本身局限性，造成控制精度不高，沒有實現(xiàn)“全自動”，還需要人工操作按鈕。

1.2.3 潤滑、裝料、平整部分

稱重后的物料要裝入模具中進行壓制。為了減小壓制完畢脫模時物料與模具內(nèi)側(cè)的摩擦，提高合格率，裝料以前要對磨具進行潤滑。裝料后要對模具內(nèi)物料上表面進行平整。因為原料流動性差，表面不平進行壓制，將會造成產(chǎn)品密度不均勻，磁場分布不均勻。

現(xiàn)在工作方式為:拿刷子將模具刷一下，除去模具內(nèi)側(cè)附著物;手持噴筒噴潤滑劑潤滑;將托盤內(nèi)物料導(dǎo)入模具;用刮板刮平上表面。全過程均為手工完成。

我們的思路是:

脫模結(jié)束或裝料開始前先打開氣閥，對模具內(nèi)側(cè)噴吹，去除雜物。延時后關(guān)閉氣閥。為防止與壓制過程干涉，噴嘴在模具外側(cè)，清潔潤滑前，先平移至模具上方，在下探至模具內(nèi);清潔潤滑后，先上升至模具上方，再退回原位。

自動裝料如果采用錐形漏斗，將會形成原料在模具內(nèi)局部區(qū)域堆積。我們采用倒梯臺形漏斗。下料口寬度略小于模具內(nèi)腔，裝料時垂直于該寬度方向水平運動;前進到內(nèi)腔對側(cè)時，磁環(huán)開關(guān)動作;伸入模具內(nèi)側(cè)的下油缸向下運動，漏斗返回至初始裝料位;磁環(huán)開關(guān)動作，伸入模具內(nèi)側(cè)的下油缸向下運動，漏斗再向?qū)?cè)運動。如此往復(fù)運動數(shù)次，即可裝料完畢。

在模具上固定一對氣動推板，相對布置，選擇合適的入深。同樣，長度略小于模具內(nèi)側(cè)尺寸。當一側(cè)的推板推到另一側(cè)時，磁環(huán)開關(guān)動作，返回;磁環(huán)開關(guān)動作，停止。另一側(cè)的推板往相對方向做相同動作。伸入模具內(nèi)側(cè)的下油缸向下運動至壓制位，再重復(fù)一次上述動作，平整過程即可完成［2］。

1.2.4 壓制、充磁、保壓、退磁、脫模部分

上下油缸相向運動，達到一定距離后，減小比例閥的開度，達到額定值的時候截止比例閥，這就是壓制過程。目前有公司采用高精度的磁柵尺作為位移檢測手段，但是在控制方法上不得要領(lǐng)，壓制精度不高。我們決定使用專家模糊控制的智能控制方式，對一般模糊控制的模糊規(guī)則根據(jù)要求和經(jīng)驗加以改變，這一問題就可以改進。

壓制過程中進行充磁。三相整流后變?yōu)橹绷麟娺M行充磁。電路板為三相可控硅回路加一塊觸發(fā)板。

脫模采取保護性脫模方式，下油缸上升的同時，上油缸也上升，好像是上下油缸夾著產(chǎn)品從模具中脫出。

1.2.5 取料、封裝部分壓制成型后要真空封裝，防止下一道工序以前氧化。

目前是手工去取料封裝。我們認為，可以用機械手取料。封裝機可以外購、改進或自制，以便于取料后準確放置。機械手的動作具體視封裝機與壓型機的位置確定。

1.2.6 輸送部分

輸送帶由A、B 兩個獨立部分組成。輸送帶A 負責將各個噴碼機工作結(jié)束后的物塊輸送到輸送帶B。輸送帶B 負責整理物塊，并把物塊裝到運料小車。

輸送帶A 的正常啟動條件為噴碼機有物塊推出并且推板收回(保證物塊在輸送機A 上有序排列)。

輸送帶A 上噴碼機推出物料處設(shè)光電開關(guān)，當有物料存在時，不發(fā)出推出指令。末端噴碼機位置檢測到有物塊，延時3 秒后仍然存在，輸送帶A 停止工作。

輸送帶A 在A、B 聯(lián)接處設(shè)對射型光電開關(guān)SQM 和SQM1 以及氣動擋板A1(常態(tài)不動作時處于落下關(guān)閉狀態(tài))。推出的物塊通過的順序是:SQM1、氣動擋板A1、SQM。

若SQM1 處有物塊被檢測到(包含輸送帶A 啟動前SQM1 處已有物塊被檢測到和沒有檢測到兩種情況)，延時(可設(shè)定的)若干秒后，輸送帶A 停止轉(zhuǎn)動。

SQM 檢測物塊并使用計數(shù)器1 計數(shù)(計數(shù)值M 根據(jù)運料小車規(guī)格和物塊規(guī)格設(shè)定)。輸送帶A 上的物塊到達SQM 時，被A 上氣動擋板A1 擋住(輸送帶A 不一定停止)。

為保證精確計數(shù)，防止產(chǎn)品堆積造成誤動作，當SQM1檢測到物塊時，判斷若SQM 處沒有物塊，并且計數(shù)器1 數(shù)值沒有達到上限，則擋板A1 打開并且復(fù)位延時繼電器，輸送帶A 啟動，使物塊通過。這樣能保證計數(shù)的間隔。

當物塊到達SQM 位置時，輸送帶A 就停止，擋板A1 關(guān)閉。此時由于物塊已經(jīng)一部分或大部分位于輸送帶B 上，輸送帶B 得到指令已經(jīng)啟動，摩擦力會將物塊全部帶到輸送帶B 上。

物塊到達SQM 檢測位置時，輸送帶B 啟動，與A 同速轉(zhuǎn)動。輸送帶A 上物塊可以移動到輸送帶B 上，輸送帶B 的盡頭設(shè)固定擋板，防止物塊滑落。

在計數(shù)器1 的值達到M 時，延時一段后，輸送帶B 停止轉(zhuǎn)動;SQM1 檢測位置沒有檢測到物塊時，延時一段后，輸送帶B 也停止轉(zhuǎn)動。

輸送帶B 往送料小車上推料的條件是:送料小車就位，建立電氣連接，發(fā)出推料指令;而此時輸送帶B 上的物料數(shù)達到M 值或不達M 值，而由按鈕發(fā)出推料指令。

若不具備推料條件，則等待輸送帶A 輸送物塊;若具備推料條件，則推料到送料小車。推料一次，計數(shù)器2 計數(shù)一次;推板回到位時，復(fù)位計數(shù)器1。

送料小車由多層構(gòu)成，計數(shù)器2 達到上限值N 時，小車換層，換層結(jié)束后清空計數(shù)器2，等待輸送帶B 推料。

當每層都裝滿，送料小車達到走車條件，指示燈閃爍，提示走車，并中斷推料指令。走車后清空計數(shù)器2。

輸送帶旁的每個送料小車上料處設(shè)電氣箱或按鈕盒。箱上布置急停按鈕、滿足走車條件的指示燈、物塊數(shù)不達M而需要推料時的控制按鈕(可復(fù)位計數(shù)器1)及手動換層按鈕(可復(fù)位計數(shù)器2)等［3］。

2 SCADA 系統(tǒng)

實現(xiàn)設(shè)備自動化的同時，我們將開發(fā)壓型設(shè)備集中控制系統(tǒng)(SCADA 系統(tǒng))，每臺設(shè)備的關(guān)鍵數(shù)據(jù)都將在中控室得以顯示，中控室可進行參數(shù)設(shè)置、發(fā)出指令等必要工作，對設(shè)備狀態(tài)和生產(chǎn)狀況將一目了然。

3 小結(jié)

釹鐵硼取向成型環(huán)節(jié)壓型設(shè)備的自動化改造完畢后，產(chǎn)品性能及使用效果會起到顯著的變化。

首先，控制方式的改變必將帶來產(chǎn)品性能的改變。稱重精度將達到500 g±3 g;油缸位移誤差小于0.05 mm。除性能上的提升以外，新結(jié)構(gòu)的設(shè)計、SCADA 系統(tǒng)的構(gòu)建和故障遠程診斷更是設(shè)備功能和使用效果上的顯著變化。

其次，對于降低人工勞動強度、減員增效、促進企業(yè)生產(chǎn)安全、節(jié)能降耗、降低成本、提升產(chǎn)品質(zhì)量以及提升企業(yè)效率、管理水平和信息化水平等方面都起到了重要的作用。

［1］王庭有.可編程控制器原理及應(yīng)用［M］.北京:國防工業(yè)出版社，2005.

［2］沈任元，吳勇.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2009.

［3］王保保.傳感器簡明手冊及應(yīng)用電路－線性輸出磁場傳感器分冊［M］.西安:西安電子科技大學(xué)出版社，2007.

［4］趙負圖.新型傳感器集成電路應(yīng)用手冊［M］.北京:人民郵電出版社，2009.