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橡膠件硫化工藝參數控制系統探討

 論文欄目:控制系統論文     更新時間:2020/4/6 9:37:47   

摘要:橡膠件硫化過程中應對溫度、時間、壓力等工藝參數進行控制,并記錄原始數據。本文研制的控制系統具備控制硫化過程、采集硫化參數以及全程記錄的功能,實現了橡膠件硫化工藝參數的準確控制,杜絕了人為差錯。

關鍵詞:橡膠零件;過程控制;控制系統

橡膠硫化屬于特殊工藝過程。硫化過程中應記錄各原始參數(溫度、壓力和時間)作為質量記錄,并且各參數應在規定范圍內。目前,硫化過程的工藝參數設定及參數記錄填寫全部由操作人員完成,參數的準確性以及硫化參數的全過程記錄都不具備可追溯性(實際僅記錄個別時刻的工藝參數)。對于已填裝材料的模具,在升溫至規定硫化溫度前應測量模具的溫度,以判斷是否能繼續硫化,進而判斷是否應增加硫化時間。而目前使用的平板硫化機的PLC控制器不具備以上功能,而是僅憑操作人員控制硫化參數和記錄硫化過程,這是一個亟待解決的問題。為解決上述問題,研制了一套控制系統,使其具備工藝參數的防差錯設定、全過程記錄工藝參數、自動監測并判斷硫化補償時間等功能,從而確保硫化過程“零差錯”,大大減少了質量成本。

1控制系統研制方案

該系統分為兩部分。一是上位機控制部分,主要通過回溯管理軟件建立硫化參數數據庫,在硫化過程中將硫化參數下放到下位機PLC,并實時收集下位機提取的硫化參數,對硫化參數進行統計、分析和保存,同時對操作人員、硫化設備以及工作卡片的信息進行數據管理。二是下位機控制部分,主要通過具有通信功能的可編程控制器和觸摸屏實現整個硫化過程的參數控制,并提取相關參數記錄,實時顯示在觸摸屏中。

2控制系統總體設計原理

2.1上位機回溯系統

回溯系統采用.net平臺開發的Winform應用程序,該程序能在WindowsXP、Windows7版本的操作系統下運行。數據庫采用SQLSever2005。回溯系統通過ModbusTcp協議與現場MCGS觸屏進行通信,將工藝參數下傳至各硫化機,實時監測硫化機的工作狀態,保存控制過程數據,顯示所有監控設備的工作狀態。

2.2下位機可編程控制器

使用Step7microwinsp6v4.0可編程控制程序開發軟件來編輯硫化過程中的邏輯運算條件。主機CPU根據調用的數據對橡膠硫化機發出控溫、控壓指令,硫化設備在按指令進行硫化工作的同時記錄設備硫化參數、派工信息、硫化機工作狀態和硫化失敗報警信息。

2.3工業觸屏

通過Mcgs觸摸屏開發軟件,完成工作界面、管理界面、開機畫面的編輯設計,使觸屏成為可顯示所有控制信息、可獨立操作設備硫化功能的控制面板。橡膠硫化數字化監控系統原理如圖1所示。

2.4補償時間程序設計

為滿足工藝規程對裝卸模具時模具溫度降低不允許超過10%的要求,將裝好混煉膠的模具放在硫化機上,若升溫時間不超過硫化時間的15%,則升溫時間可不考慮;若升溫時間超過硫化時間的15%,應將硫化時間相應延長到升溫時間的50%;若升溫時間超過規定硫化時間的二分之一,則按報廢品處理。本系統可根據硫化補償時間的邏輯關系編寫判定程序。選用毫秒級測量傳感器實時對溫度進行采集,通過可編程控制器實時進行邏輯關系判斷,最終確定硫化補償時間,如圖2所示。工藝規程要求“用溫度計放入測溫孔內測量模溫”。模具的工作環境在200℃以下,由于設備在加工過程中有排氣、加壓動作,因此測溫裝置的設計應考慮如何防止其在測溫過程中脫落。采用在測溫棒一側焊接一根彎曲鋼絲固定的方法,可以保證測溫棒在硫化過程中穩定不脫落,且拆裝方便。測溫棒如圖3所示,導熱管部分為直徑Φ3、長度170mm的鋼管,手柄長度40mm,可以保證模具在模板中心時測溫棒不被加熱。測溫傳感器固定方式為螺栓旋緊固定方式,可以準確測量測溫孔內溫度。

2.5硫化參數數據庫設計

硫化參數數據庫包括派工信息、橡膠材料、產品圖號、操作人員、加工設備、參數記錄的管理等,可以實現所有數據的采集、保存和提取,用于追溯產品硫化過程。主要包含以下功能模塊。1)工作卡片信息的管理:編輯派工號、件數、膠料批號、帶料單號、設備編號、操作員信息與系統記錄的硫化參數,整合為《產品質量記錄》,進行保存、查詢、打印。2)材料的管理:添加、編輯、刪除材料的編號、名稱、規定溫度、溫度偏差、規定時間。3)圖號的管理:添加、編輯、刪除圖號的編號、名稱、規定溫度、溫度偏差、規定時間。4)操作員的管理:添加、編輯、刪除操作人員的編號和姓名。5)設備的管理:添加、編輯、刪除設備編號。

2.6Mcgs多功能觸屏設計

Mcgs觸屏設計原理是通過應用可編程控制器編程軟件實現在觸摸屏上的作業及作業過程的動態顯示。開機畫面中,可以點選工作界面或管理界面進行硫化操作或進行后臺管理設置。當選定工作界面后,觸摸屏中將顯示設備硫化參數、派工信息、硫化機工作狀態以及報警信息等,如圖4所示。進入管理界面,可以設置硫化參數(該功能僅當出現上位機軟件故障或升級等特殊情況、需在設備上操作時使用),包括排氣時間、排氣次數、硫化時間、硫化溫度以及模具傳感器的偏差調整(用于消除測溫傳感器測溫偏差,保證測量值與實際溫度的符合性)。溫度曲線界面顯示硫化過程各模板的溫控過程。通過查詢控溫曲線,可以直觀地判斷硫化過程中溫度控制是否失效,也可以在硫化失敗后通過查詢控溫曲線初步判斷失敗原因。

3控制系統應用實例

3.1上位機操作

由操作人員根據下發的生產任務,在上位機中手工錄入派工號、件數、膠料批號、材料編號(以上質量信息為硫化參數記錄中的不固定部分,在系統設計時設置為手工錄入),錄入后點選操作人員及設備以及加工產品的圖號、名稱(點選操作中設備、人員、圖號、名稱均為數據庫中信息,并有防差錯提示功能)。錄入完成后點擊“生成記錄表”,此時,系統將再次提示操作人員檢查所有信息的準確性,確認后控制系統將硫化參數直接發送至硫化設備,如圖5所示。

3.2硫化設備操作

操作人員在設備的多功能觸屏中只能點選“工作界面”(管理界面只有軟件開發者及管理人員有訪問權限),進入工作界面后,再次檢查上位機傳輸的硫化參數,若無誤,則進行生產準備,在確定硫化參數符合硫化條件后,只需按啟動鍵即可開始生產。

3.3質量記錄生成操作

設備開始硫化時,操作人員應時刻關注多功能顯示屏,確保收到硫化成功或者失敗的報警提示,對產品是否為合格品進行判斷(若硫化成功,只有結束提示音;若硫化失敗,則報警提示“硫化失敗”,并有提示音)。當該項任務全部完成后,操作者需通過上位機操作打印質量記錄。點選“回溯表”,在回溯表中依據圖號、任務號等相關信息找到需要打印的質量記錄打印即可。

3.4產品性能驗證

根據GJB9001B-2009《質量管理體系要求》、04XJT-01《橡膠模壓件制造》、HG6-407-79《航空工業橡膠零件及型材用膠料》、QJB/SXS02.103-2000《1140F等防輻射航空橡膠膠料規范》,對數字化控制加工的5860橡膠、1140F膠料的標準試片進行拉伸強度、扯斷伸長率、扯斷永久變形、硬度、耐液體試驗。試驗結果均符合技術條件要求。

4結論

橡膠硫化參數數字化監控系統的應用,可以有依有據地保證橡膠件產品硫化質量的可靠性和橡膠件產品的使用性,為橡膠制品的硫化過程提供了新的控制方式,保證了硫化產品符合相關工藝要求,杜絕出現人為差錯,可減少硫化過程的監督管理環節,提高產品質量。

參考文獻

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作者:朱浩然 郭立宇 李志新 欒宗 單位:大連長豐實業總公司

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