ПРОГРАММА УПРАВЛЕНИЯ ПОЛУАВТОМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМОЙ ПРЕССОВАНИЯ КЕРАМИКИ

АННОТАЦИЯ

В данной статье представлена программа управления полуавтоматической системой прессования керамики, направленная на оптимизацию производственного процесса и повышение качества конечного продукта. Изложены этапы процесса прессования, начиная с подготовительных мероприятий и заканчивая выпрессовкой изделия. Программа обеспечивает последовательное выполнение операций предварительного и окончательного уплотнения керамического порошка с возможностью контроля ключевых параметров, таких как скорость электродвигателя насосной установки, положение клапанов направления и удержания, а также давление прессования. Особое внимание уделено реализации защитных механизмов, предотвращающих ложные срабатывания и обеспечивающих безопасность оператора, включая двуручный режим запуска и диагностику «залипания» кнопок. Предложенный подход позволяет улучшить контроль за параметрами прессования и снизить трудозатраты операторов.

ABSTRACT

This article presents a control program for a semi-automatic ceramic pressing system aimed at optimizing the production process and improving the quality of the final product. The stages of the pressing process are described, starting with preparatory measures and ending with the pressing of the product. The program provides sequential execution of the operations of preliminary and final compaction of ceramic powder with the ability to control key parameters such as the speed of the electric motor of the pumping unit, the position of the directional and retention valves, as well as the pressing pressure. Special attention is paid to the implementation of protective mechanisms that prevent false alarms and ensure operator safety, including a two-handed start mode and the diagnosis of button sticking. The proposed approach makes it possible to improve control over the pressing parameters and reduce the labor costs of operators.

Ключевые слова: керамика, полуавтоматическая система, прессование, управление, оптимизация, качество, контроль параметров.

Keywords: ceramics, semi-automatic system, pressing, control, optimization, quality, parameter control.

Современная промышленность предъявляет высокие требования к качеству и точности изготовления керамических изделий. Переход к полуавтоматическим системам прессования предоставляет возможности для улучшения этих характеристик за счет использования программ управления, обеспечивающих контроль за всеми этапами технологического процесса [1].

Целью данной статьи является описание программы управления, разработанной для использования в полуавтоматических системах прессования керамики.

Предлагаемая программа управления разработана на базе существующих протоколов автоматизации и включает следующие ключевые компоненты: сенсорные системы для контроля давления и времени выдержки, устройства переворота пресс-формы, а также механизмы быстрой выпрессовки.

Процесс прессования состоит из следующих этапов:

• Установка пресс-формы, заполненной порошком, на рабочий столик;
• Предварительное уплотнение массы при определенном давлении и выдержке времени;
• Переворачивание пресс-формы для равномерного распределения нагрузки;
• Окончательное прессование;
• Быстрая выпрессовка готового изделия.

Управление прессом осуществляется при помощи кнопок, расположенных рядом с зоной прессования для удобства пользования:

• Переключатель режим;
• Переключатель программа;
• Кнопка старт;
• Кнопка стоп;
• Джойстик вниз;
• Джойстик вверх.

Параметры процесса контролируются компьютером, на котором отображается текущее состояние и программы состояния. Общий вид программы представлен на рис. 1:

Рисунок 1. Общий вид управляющей программы

При включении системы загружается компьютер, включается программа управления. Производится процедура включения устройств, опроса и самодиагностики. В случае успешного опроса выводится интерфейс управления (рис. 1), иначе выводится сообщение об ошибке, дальнейшая работа на неисправном оборудовании блокируется.

В верхнем левом углу находятся кнопки выключения и настройки. Правее находится отображение переключателя режима (ручной / полуавтоматический), показания датчика давления поршня. Ниже находится строка состояния, отображающая выполняемую операцию, еще ниже список программ, на котором выделена строка текущей. В строке выведены основные параметры прессования.

Мнемосхема отображает текущее состояние гидравлической системы, показания концевых датчиков, скорость электродвигателя насосной установки (Гц) и давление поршня (кг/см²).

При включении пресса, гидросистема переключается в нейтральное положение:

• клапан направления вниз выключен;
• клапан направления вверх включен;
• клапан удержания выключен;
• скорость электродвигателя насосной установки соответствует свободному ходу.

Рабочая жидкость из маслобака насосом подается в штоковую полость гидроцилиндра, поршневая полость соединена со сливом маслобака. Поршень поднимается в верхнее положение.

Гидравлическая система имеет 2 клапана:

• Клапан направления, переключающий нагнетаемую насосом рабочую жидкость между штоковой и першневой полостью;
• Клапан удержания, запирающий состояние гидроцилиндра.

Регулировка скоростей свободного и рабочего хода осуществляется при помощи обозначенных на схеме дросселей и скоростью вращения электродвигателя. Срабарывание концевых датчиков отображается на мнемосхеме загорающимися лампочками. Кнопка режим переключает на ручное управление прессом, движение гидроцилиндра при этом управляется джойстиком. Нормальное состояние (джойстик в нейтральном положении) – удержание позиции.

При выключении пресса производится перевод гидровлической системы в нейтральное положение, система дожидается поднятия штока, после чего выключает электродвигатель и завершает работу Windows. Отключение питание проодится автоматически примерно через минуту.

Процесс прессования:

• На столик помещается пресс-форма, заполненная порошком;
• Производится предварительное уплотнение массы при установленном давлении и выдержке;
• Пресс-форма переворачивается;
• Производится окончательное прессование;
• Подставляется приспособление для выпрессовки, которая осуществляется на быстром ходе до нижнего концевика.

Для запуска цикла в полуавтоматическом режиме необходимо установить переключатель программа на значение «предварительное уплотнение» и нажать кнопку старт. С целью обеспечения безопасности работы кнопка дублирована и разнесена для двуручного нажатия.

В случае если пресс находится в движении - действие будет проигнорировано. В строке состояния появится запись об игнорировании, и рекомендация оператору проверить кнопку на «залипание». Данная защита устанавливается с целью защиты от циклической работы в случае ложного срабатывания - если оператор не запускал процесс прессования, не дождавшись окончания предыдущего цикла. В данном случае кнопку необходимо нажать повторно.

После старта цикла устанавливается скорость электродвигателя насосной установки, соответствующая свободному ходу, клапан направления устанавливается в реверсное состояние, обеспечивающее движение вниз, клапан удержания открыт.

При срабатывании среднего концевика скорость электродвигателя переключается на уставку рабочего хода текущей программы. Далее производится уплотнение порошка до уставки давления, после чего переключается клапан удержания и включается таймер, по истечении которого клапан направления переключается на движение вверх, клапан удержания открывается, скорость электродвигателя переключается на уставку свободного хода.

Оператор переключает переключатель программа на «окончательное уплотнение» и повторяет цикл.

Если до срабатывания среднего концевика кнопка старт выключается, программа переключается на выпрессовку, оператор производит запуск программы «выпрессовка» нажав кнопку старт без удерживания.

Таким образом, разработанная программа управления полуавтоматической системой прессования керамики демонстрирует высокую эффективность и перспективы внедрения в широкую практику. Она способствует улучшению контроля параметров и повышению безопасности проведения процесса прессования. В дальнейшем планируется работа по масштабированию системы и интеграции в производство.

Список литературы:

1. Carter C.B., Norton M.G. Ceramic materials: science and engineering. – New York: Springer Science + Business Media, 2007. – 716 p
2. Материалы для электронной техники. Керамика и детали из нее. Национальный стандарт Российской Федерации ГОСТ Р 71650-2024
3. Поляков А.А. Технология керамических радиоэлектронных материалов //М.: Радио и связь. –1989. – 200с. 
4. Батыгин В.Н., Метелкин И.И., Решетников А.М. Вакуумплотная керамика и ее спаи с металлами. Под ред. Н.Д. Девяткова. М., "Энергия", 1973 г. 408 с.
5. Роженцев В., Новиков А., Шаманин А. и др. Автоматизированная система для определения механических свойств материалов // Современные технологии автоматизации. – 2007. – № 2. – С. 72–78.
6. Мартинт Роберт К., Ньюкирк Джеймс В., Косс Роберт С. Быстрая разработка программ. Принципы применения, практика / пер. с англ. А.П. Сергеева, Т.А. Шамренко. – М.: Вильямс, 2004