液壓機數字化、自動化改造與應用

韓 偉，張小兵，趙 勇，馬 斌，陳金忠

（晉西工業集團防務裝備事業部塑料制品分廠，山西太原 030021）

0 引言

為貫徹集團公司設備自動化、數字化建設要求，告別傳統手工制造落后局面，邁上信息化、智能化融合發展的智能制造新時代，結合當前分廠人員減少、生產任務增多、現有設備功能無法滿足當前生產需求的實際情況，迫切需要使用自動化、數字化程度較高設備，以減輕操作員工勞動強度。新設備應能夠加強生產過程監控，需具備設備故障自主診斷、生產過程自動控制、產品工藝參數自動采集、記錄等功能，實現生產過程連續控制采集、記錄，最終提高產品質量。

圍繞產品實物質量提升，減輕工人勞動強度，保障生產平穩運行中心任務，決定組織開展該項目，即對一臺已使用18 年以上的老舊設備進行數字化、自動化自主改造。運用傳感器等測量手段，努力實現產品全過程、全狀態、全要素參數可測、可控，進而切實提高產品實物質量。

1 數字化、自動化改造主要做法

1.1 改造方案

首先需確定該臺復合材料制品液壓機數字化、自動化改造方案，改造方案架構如圖1 所示。

圖1 改造方案架構

1.2 改造內容

結合該臺復合材料制品液壓機實際情況，做好設備改造所需部件的設計、采購、技術準備工作。

（1）完成設備改造電氣控制電路圖繪制工作，完成接線圖、電氣原理圖等繪制工作，主電路控制原理如圖2 所示，模擬量信號接線如圖3 所示。

圖2 主電路控制原理

圖3 模擬量信號接線

（2）結合電氣控制電路圖確定該復合材料制品液壓機數字化、自動化改造所需備件、材料，形成電氣元器件清單（表1）。

（3）積極與有關人員溝通，確保電氣元器件及時回廠。

1.3 安裝和調試步驟

該復合材料制品液壓機數字化、自動化改造具體步驟如下：①對壓機主缸活塞、缸口密封圈進行更換；②對頂出缸活塞、缸口密封進行更換；③調整檢查滑軌潤滑、對加熱板螺栓進行緊固、檢查恒壓泵運行情況；④線管材料、線管打標機就位后，開始對電氣元器件進行安裝；⑤新電氣控制柜電氣元器件安裝完成后，整體更換原有電氣控制柜及加熱柜；使用西門子博圖軟件進行觸摸屏、PLC 控制程序的編制，西門子博圖軟件PLC 程序界面如圖4 所示；⑥安裝位移尺、光電限位開關、三色燈等元器件；⑦結合液壓原理圖，按照兵器安全標準化要求完成安裝8 個電磁換向閥、設備主電源供電組件，做好設備按鈕標識、柜體警示標識粘貼工作；⑧分別對設備自動化動作、加熱系統、壓力系統、通信系統等方面進行調試。

圖4 博圖軟件PLC 程序界面

1.4 調試驗收

對設備進行試制，并對試制過程中出現的問題進行解決，最終完成設備終驗收投入生產。改造前、后情況如圖5 所示。

圖5 改造前和改造后現場

2 數字化、自動化改造主要創新點

（1）實現壓塑過程燜料、加壓、保溫等整個過程自動控制，確保壓塑過程嚴格按照工藝參數執行，完全排除以前人操作和監控帶來的人為因素影響。

（2）實現壓塑過程工藝參數（溫度、時間、壓力）的實時監測并形成曲線記錄，確保生產過程記錄的準確性和可追溯性，實時監測并形成曲線記錄（圖6）。

圖6 實時監測并形成曲線記錄

（3）設備帶有慢速排氣功能，慢回高度、排氣次數、壓力和時間可根據工藝需要調整。液壓機根據預設工藝參數自動完成工藝過程中閉模、排氣、脫模、頂出的工步動作，可人工設定排氣次數、時間、壓力及起升高度。

（4）采用工業觸摸屏操作界面，充分結合人機工程設計，便于現場控制，同時利于操作參數的修改。可顯示溫度、壓力等參數的實時狀況，形成溫度、壓力曲線；可用于管理人員對數據的分析及使用。

3 取得的成果成效

通過對該復合材料制品液壓機自動化、數字化改造，并進行了產品的批量生產，能對過程參數進行精確控制，完全排除人為操作和人為監控帶來的不確定因素影響，裝料溫度、排氣次數、加壓次數、壓力、燜料時間、保溫溫度、保溫時間、泄壓溫度等過程參數能實現精確控制，保證了工藝紀律的嚴肅性，大大提高了產品質量穩定性，產品壓制質量得到了保證，對提升產品質量意義重大，目前該設備已完成某產品多批生產任務，效果良好。