丁腈橡胶目标靶控制系统的技术改造

王 林 孙宝歧 黄光灵

(中国石油兰州石化公司电仪事业部，兰州 730060)

丁腈橡胶目标靶控制系统的技术改造

王 林 孙宝歧 黄光灵

(中国石油兰州石化公司电仪事业部，兰州 730060)

针对丁腈橡胶干燥箱存在干燥效果欠佳的问题，从目标靶控制系统入手，对气动和电控系统分别进行了技术改造。实际应用结果表明：对控制气缸重新选型扩大了目标靶的调整范围，能够满足产量变化的工艺生产要求；目标靶可根据工艺控制要求实现位置的自动纠偏，保障了安全生产和产品质量。

目标靶控制系统 丁腈橡胶 技术改造 电磁阀 磁致伸缩位移传感器

目前，合成橡胶干燥系统大多采用带式干燥器，橡胶颗粒在干燥网带上分布的均匀性将直接影响干燥效果[1]，进而影响橡胶成品质量，因此均匀布料器在干燥系统中具有关键作用。由于橡胶颗粒流动性较差，料斗式和螺旋输送式喂料机均无法满足要求，因此目前主要使用摆动式均匀布料器和目标靶均匀布料器。两种布料器的结构差异较大，摆动式均匀布料器主要由料斗、摆动导料槽和传动装置组成[1]，其工作原理是通过导料槽的来回摆动实现物料的均匀分布，但设备体积较大，现场振动大，机械传动装置动作频繁，易发生机械故障。目标靶均匀布料器主要由目标靶本体、目标靶气动系统和目标靶电控系统组成，当风送系统输送的橡胶颗粒与目标靶板发生碰撞后，物料均匀洒落在干燥箱网板上。目标靶在电气控制系统的联合控制下可自动实现垂直和水平两个方向的运动，即可调整目标靶板至合适的位置使物料分布均匀，其控制精度高，在工艺负荷稳定的情况下基本无需调节，因此被广泛应用于合成橡胶干燥系统中。

然而，丁腈橡胶装置目标靶原系统气缸行程较短(垂直和水平位置均只可调节20～30mm)，导致目标靶调节范围十分有限。当橡胶产量发生变化时，无法使靶板达到适当位置以保证湿胶在干燥器网板上均匀分布，影响干燥效果，造成成品胶水分超标，产品质量不合格。另外，由于气缸常年使用，活塞磨损严重，当运行一段时间后，气缸泄漏等问题会造成目标靶位置跑偏，需要人为手动干预，导致系统不能及时保障安全生产和产品质量。笔者针对目前存在的问题，通过应用PLC控制系统，对控制气缸重新进行选型以扩大目标靶位置调整范围，在控制目标靶位置的同时对它进行精确检测，实现目标靶水平和垂直位置的自动控制功能。

1 橡胶干燥箱简介

橡胶干燥箱是各种合成橡胶(如丁苯橡胶和丁腈橡胶)生产线上的专用设备，其作用是对经过挤压机脱水后的橡胶颗粒进行干燥，将水分蒸发掉以达到后续工序要求。橡胶干燥箱采用单层带式干燥器，利用热风循环、对流干燥的方式对橡胶进行干燥。其中，目标靶是干燥箱的关键部件之一，挤压脱水后的湿胶粒通过高压风机进入干燥箱进料室，在进料室内与目标靶碰撞，从而均匀地分布在不锈钢多空链板上。根据实际需要，改变目标靶的水平或垂直角度，可以调整胶粒在链板上的分布状态。胶粒随链板的前进以层状输送，陆续通过10个干燥室，每个干燥室有独立的温度控制回路，热风自下而上穿过胶层使橡胶干燥，胶层厚度可以通过改变链带速度进行调节。

2 气动系统的改造

气动系统为目标靶提供动力，它通过执行机构即气缸将气体的压力能转化为机械能输出，从而实现对目标靶垂直和水平两个方向的调整。其硬件组成主要包括带内置直线位移传感器的气缸、电磁换向阀、调速阀及过滤减压阀等。

为了扩大目标靶的调节范围，需要对气缸的行程进行放大，原气缸行程仅20mm左右，本次改造将气缸行程放大到90mm，包括水平和垂直位置。

目标靶气动系统通过电控系统对电磁换向阀进行控制，从而驱动气缸做直线运动，完成目标靶位置的调整，并通过气控单向阀对目标靶位置进行保压定位。电控系统发出信号，气源箱系统供气，此时电磁阀左端线圈上电，电磁换向阀左位工作，压缩空气经过先导式单向阀和双向节流阀使目标靶伸出，直到到达设定的位置时，由位移传感器将模拟信号送入PLC系统，由PLC输出控制信号[2]，电磁阀断电，气缸停止动作，此时气缸两腔的压缩空气由气控单向阀封闭保压。反之，当电磁换向阀右端线圈通电时，电磁换向阀右位工作，压缩空气经先导式单向阀和双向节流阀使目标靶缩回，直到到达设定的位置时，由位移传感器发出运动停止信号，电磁阀断电，气缸停止动作，此时气缸两腔的压缩空气由气控单向阀封闭保压。

水平气缸与垂直气缸动作原理相同，如图1所示。在本次改造中用到了SMC先导式单向节流调速阀，该单向阀具有气控功能，当气控回路气源压力达到控制压力时，单向阀打开，实现气缸的排气，通过气源管路交叉相接，可以实现气缸排气和保压定位。回路中还串有一台节流阀，可以调整气缸进气和排气速率，进而调节气缸动作速率，提高气缸动作精度。电磁换向阀选用的是三位五通双电控中位排气式电磁阀[3]，在两端线圈均失电的情况下，两个出气孔与排气孔相通，单向阀的存在保证了气缸两端气源的密封性，实现气缸的定位控制[4]。

图1 水平气缸(垂直气缸)动作原理

3 电控系统的改造

为了实现丁腈橡胶干燥箱目标靶控制系统的自动控制，首先要保证目标靶水平和垂直位移可以实时检测。但由于干燥箱内工况恶劣(高温、潮湿)，且胶粒极易附着在执行机构和检测元件上，因此必须选用合适的精密检测仪表。经对比，最终选用磁致伸缩位移传感器，它采用内部非接触测量方式，使用寿命长、环境适应能力强[5]，能够检测气缸的工作位置并提供绝对稳定、可靠、准确的重复输出，不存在信号漂移或波动的情况，因此不需要定期标定和维护。磁致伸缩位移传感器的传感元件安装在气缸缸体内部，在检测过程中不会对传感器造成任何磨损，可通过电控系统上位显示屏直观地观察目标靶工作情况，实现目标靶位置的在线检测。

电控系统的核心控制通过OMRON SYSMAC小型PLC系统实现，整个系统包括两个AI点(缸体内部磁致伸缩位移传感器信号输入)和4个DO点(水平、垂直气缸双电控电磁阀的控制线圈)。

目标靶控制系统分为手动和自动两种控制模式，下面仅以水平控制为例给出部分系统程序。

水平方向手动控制程序段：

AN M 0.0//手、自动切换开关；

= L 20.0

A L 20.0

A M 0.1

= Q 4.0//水平气缸前伸；

A L 20.0

A M 0.2

= Q 4.1//水平气缸后缩；

水平方向自动控制程序段：

Network1:气缸前伸控制

A(

A M 0.0//手、自动切换开关；

JNB_001//无条件跳转至程序段_001；

L MD 0

L MD 1

-R

T MD 2//水平设定值减去水平测量值并送至MD2；

AN OV

SAVE

CLR

_001:A BR

)

A(

L MD 2

L MD 20

>R

)

=Q 4.0//当差值MD2大于偏差给定值MD20时，水平缸前伸；

Network2:气缸后缩控制

A(

A M 0.0//手、自动切换开关；

JNB_002//无条件跳转至程序段_002；

L MD 1

L MD 0

-R

T MD 3//水平测量值减去水平设定值并送至MD3；

AN OV

SAVE

CLR

_002:A BR

)

A(

L MD 3

L MD 20

>R

)

=Q 4.1//当差值MD3大于偏差给定值MD20时，水平缸后缩；

从程序中可以看到，目标靶的水平和垂直方向自动控制主要根据用户自定义的偏差给定值MD20来实现，即测量值与设定值的偏差在给定偏差之间，表示控制位置已达到设定要求，当超出给定偏差时则气缸动作并对它进行修正以达到跟踪设定值的目的[1]。在实际应用过程中，给定偏差设定范围为0.5～2.0mm，目标靶可根据工艺控制要求实现位置的自动纠偏，同时不会因给定偏差设定值过小而引起电磁阀和气缸频繁动作。

上位系统由HITECH工控触摸屏实现，组态画面中包括自动控制、手动控制、参数设置、气缸标定、输出测试及系统设置等选项。

4 结束语

笔者针对丁腈橡胶干燥系统存在干燥效果欠佳的问题，对系统进行了技术改造。本次改造通过气动、电控系统实现了丁腈橡胶干燥箱目标靶的控制目标，利用PLC实现了目标靶位置的自动跟踪功能，对控制气缸重新选型扩大了目标靶的调整范围，满足了工艺生产要求。考虑到工艺工况环境，选用耐高温、耐腐蚀材料的气缸和气动元件以保证设备的长周期稳定运行，从而保证目标靶的高可靠性和低维护性。

[1] 宁国鹏,王德成,王光辉.带式干燥机摆动式均匀布料器的设计[J].农业机械学报,2007,38(8):193～195.

[2] 王胜龙,龚先高,吴琼.基于PLC的运动目标靶自动控制系统[J].兵工自动化,2007,26(9):62～63.

[3] 王晓东.关于三位五通电磁阀的选择[J].科技创新与应用,2014,(21):69.

[4] 李胜中,刘建新,夏一飞.基于PC机的气缸定位控制系统[J].机床与液压,2015,43(2):126～129.

[5] 贺瑞燕,贾文广,郭杰.内置式位移传感器在液压缸中的应用[J].流体传动与控制,2013,(1):45～46.

2016-02-03(修改稿)

TH89

B

1000-3932(2016)08-0875-03