陶瓷地砖

陶瓷地砖（精选4篇）

陶瓷地砖 篇1

引言

目前我国建筑装饰的档次不断提高,豪华高档的公共建筑酒店、写字楼、商厦,以至高档公寓等的地面,大都是采用陶瓷地砖做饰面,在美化了环境的同时,却也带来了日益突出的地面滑倒的安全隐患问题。例如居室里特别是厨房、卫生间地砖摩擦系数如选用不当,会造成使用者跌伤事故;在广场路面的地砖摩擦系数选用不当,会造成机动车刹车失效,伤及无辜路人;在商场、餐厅地砖的摩擦系数选用不当,致使消费者“失足”后把经营者告上法庭的事件亦有所闻,多挂几个“小心路滑”的警示牌也不能从根本上解决问题。如何选用既美观又防滑安全的地砖,参考的依据是什么?人们都希望从陶瓷地砖的产品标识中找到摩擦系数的答案。本来GB/T4100,1～5-1999系列产品标准要求在产品说明书中应标明按附录A试验测出的摩擦系数,但由于试验方法的可操作性存在问题以及国内陶瓷砖摩擦系数专用检测设备的开发滞后,以致此规定在实际中一直未有执行。

本研究将采用倾斜平台法测试各类陶瓷地砖的防滑性能,建立测试数据库,参照发达国家的评价准则进行陶瓷地砖防滑性能的评价和安全风险预测。课题的研究,对于指导陶瓷地砖的合理选用,促使企业提高产品的防滑性能,保护公众的人身安全有着非常重要的意义。

1 陶瓷地砖防滑性能测试方法

1.1 动滑快法

使用一个自行走装置在待测陶瓷砖表面上水平来回移动,陶瓷砖表面需紧密铺砌形成一个平展的测试区,测试长度为1m。自行走装置拖动一个由200g重块垂直正压在φ9mm橡胶摩擦块上所组成的摩擦组件,摩擦组件与陶瓷砖水平面滑动接触,用于测试干或湿状态下陶瓷砖表面的滑动摩擦系数。

1.2 静滑块法

用一块75×75×3橡胶板(硬度值IRD90±1)粘在一块200×200×20胶合板的底面,在胶合板上面垂直加载一个4500g重块,组成一个滑块组件。通过拉力计拖滑块组件与被测陶瓷砖水平表面产生相对运动趋势。测出在干和湿的条件下陶瓷砖的静摩擦系数值。

1.3 倾斜平台法

以一名测试者穿着肖氏硬度为73±5的特制橡胶鞋,在以每秒倾斜1°的恒角速度旋转的平台(600mm～2000mm)上行走,直至测试者显示出不安全的迹象时,测出旋转平台与水平面之间倾角,以确定被测陶瓷砖的动态临界摩擦角(夹角正切值=动摩擦系数)。用此方法制造的专用检测设备需占较大空间,检测所得的摩擦系数值可因测试者而异存在一定差别。但此方法模拟陶瓷地砖实际使用原形,对斜坡路面的陶瓷地砖摩擦系数阻力测试有实际意义。

用倾斜平台法测定地面材料摩擦系数是一种在欧美和澳洲得到认可和广泛使用的方法。在法国、德国和意大利等国家,规定了不同功能建筑物地面必须达到的防滑等级,这些防滑等级是根据倾斜平台法测定的摩擦系数来划分的,陶瓷地砖的CE认证要求制造商明示产品的摩擦系数和检测方法,虽然没有规定必须使用倾斜平台法,但是欧洲的客户通常只认可倾斜平台法的测试数据,特别是当产品可能用于市政工程时,制造商必须提供使用倾斜平台法测得数据。虽然用倾斜平台法进行陶瓷地砖防滑性能的测试和评价在国外得到广泛的认可和使用,但在国内还没有进行该方法的研究。对于陶瓷地砖,目前还没有国际统一测试方法和评价准则,我国推荐使用的方法为静滑块法。国外的研究文献表明,相比于静滑块法,倾斜平台法的试验结果能更好地评价陶瓷地砖的防滑性能。

2 倾斜平台法测试陶瓷地砖防滑性能

2.1 实验材料及设备

2.1.1 实验材料

测试鞋:符合BS EN ISO 20345有一个外鞋底在橡胶基部上,IRHD厚度72±2符合AS1683.15.1;

倾斜坡度:平坦抗扭地板,典型的600mm宽和2000mm长,斜度按纵向方向从0°调节到45°,测量角度指针固定在组合中允许误差0.5±0.2°;

润滑油:使用SAE viscosity class 10W30发动机润滑油用于测试,就保存在密封的容器以防止粘结;

校准板:三个校准确性板E,P和R,分别是10.7°,18.2°和26.8°的防滑能力;

测试板:测试板应大约1000×500mm.应由表面测试材料做成,每个都应像是从一个更大的薄片上切割下来,或是单独个体的集合,如个体砖,或是梯级前沿部分.步行表面材料应可自己支撑或制作成自己支撑的,包裹厚地板的水平底部,或固定在水平的、厚实、承重材料做成的基部上。用于测试的表面应是清楚可辨别或有记号。有方向侧面或粗糙表面的步行表面材料应放置移动方向符合最小防滑系数的方向。单独步行表面次表面,直角成形和没有方向表面和粗糙表面,应固定在短边平行测试仪器的旋转轴。(备注:砖,除了马赛克,可一个一个没有缝隙地拼凑起来)。测试上表面试验前应清洁干净,再安装完成以前,移除任何的生产杂质,污垢,萃取剂或粗糙边缘。测试覆盖应按如现实使用的覆盖表面一样的方式准备。

2.1.2 实验设施

型号为C03463的倾斜角滑度测试仪。

2.2 实验方法

实验要求考察了环境、人为、空气温度等因素,并且对这些因素进行分析。摩擦系数与表面粗糙度相关性分析,在采用测试区域的温度和鞋的温度,润滑剂和测试表面应23±5℃。测试开始前,100±1mL的润滑剂在测试表面完全的展开。鞋子的后鞋跟应用润滑剂湿润。测试人应身体垂直,脸朝下,以半个鞋长度的步伐前行。往前和往后移动,测试表面的倾斜度应从水平位置开始以1°/s的速率增加。倾斜角度的获得是安全步行的极限,该极限的获得就是不断重复在临界上下浮动的范围。覆盖测试的可接受角度应由从水平面开始的三次结果决定。每次试验的开始,在第二次和第三次测量以前,润滑剂应再一次在表面上展开。步行实验由两个人展开。每次踩测试板时都要先踩三块标准板(i=E,P,R)三次和决定αk,E,j,αk,P,j,αk,R,j的平均值进行相关性的分析。

3 实验结果与分析

3.1 实验结果

防滑性能检验结果见表1,防滑性能计算正确值Dj是为了每个测试人而计算的。根据测试接受角度值(αO1,αO2)的尺寸,计算的执行应符合以下四中情形中的一种:

个体结果,对于每个测试人(j),正确接受角度值(αj)的获得,是正确值Dj增加到可接受测试角度αoj,公式如下:αj=αoj+Dj。最后算可接受角度a1和a2应加在一起再平均,两个测试人获得的测试最后结果就是,正确值的可接受角度。

对于决定带有方向表面侧面或图案的地板表面的防滑特性,获得最低总值的可接受角度应适用于表1:

3.2 结果分析

测试研究结果表明:

(1)马赛克

由公式:

计算的,它的安全等级达到R10和R11,

(2)抛光砖、抛晶砖、楼梯地砖、仿古砖

结果都是根据计算的,它的安全等级普遍达到R9。

(3)耐磨砖

安全等级达到R9和R10,其计算公式则有

(4)广场砖

广场砖的安全等级达到R12,其计算公式为

由表1中的数据和试样图片可以看出不同样品数据差距的原因及影响因素有环境、人为、空气湿度等相关。比如抛光砖如果做实验之前没有用磨纱纸擦其表面的污渍和薄膜,那么润滑油涂在砖的表面会不均匀,从而出现错误数据。为什么是同种样品而它的数据却不同?原因是要看其样品的外表面,比如马赛克和耐磨砖来说,有表面凹凸不平,有表面光滑的;而耐磨砖表面也是有凹凸的,所以它们对鞋底摩擦系数会大点。

4 结论

解决“防滑”标准制定问题已经刻不容缓。在借鉴外国进行了长期研究的先进检测技术和标准的基础上,我国应当尽快制定自己的地面安全防滑性能技术标准,制定出适合我国特点的地面安全防滑检测体系,以促进我国研究、开发新的地面安全防滑处理的技术和产品,全面推进我国地面防滑安全水平。本研究采用的是倾斜平台法测试各类陶瓷地砖的防滑性能。倾斜平台法检测所得的摩擦系数值可因测试者而异存在一定差别,但此方法模拟陶瓷地砖实际使用原形,对斜坡路面的陶瓷地砖摩擦系数阻力测试有实际意义。从测试数据分析,无釉制品表面比有釉面的防滑性能要好;无釉制品中表面呈凹凸状,花纹状的表面的防滑性好;由于抛光砖表面平整,与鞋底接触面积大,所以防滑性能也好。在有釉制品中,釉面的材质、特性以及无釉砖的表面特性均应加以改善外,且应采用耐磨、防滑透明涂料加以解决。

摘要：陶瓷地砖地面防滑安全问题日渐突出,故对地砖进行防滑测试与研究,对于指导陶瓷地砖的合理选用,促使企业提高产品的防滑性能,保护公众的人身安全有着非常重要的意义。

关键词：陶瓷地砖,防滑性能,测试,摩擦系数

参考文献

[1]陈国本.浅议我国研究和制定地面防滑标准的迫切性[J].石材2008(1)33～35

[2]符冰群.陶瓷砖行业防滑标准滞后.中国房地产报,2006年12月25日第015版

[3]潘施.我国应推出石材地面防滑检侧标准,石材2004(7)

[4]陈国本.国外目前常用地面防滑性能的测试方法和仪器[J].石材2006(10)20～24

[5]高延继.地面防滑材料与防滑技术新型建筑材料2001[6]

粉煤灰制备陶瓷地砖的研究 篇2

1 实验原料和实验方法

1.1 实验原料

粉煤灰中含过多铁,含硅、铝、镁能够形成透辉石的物相较少,单独用来生产陶瓷地砖不能满足性能的要求,需与滑石(富含Al2O3和Si O2)原料合理搭配使用。为了充分的利用粉煤灰及在烧结过程中形成尽可能多的陶瓷晶相,本文选取粉煤灰60%,工业滑石15%,生石灰粉25%为原料进行实验。本文用x射线荧光光谱仪分析了粉煤灰、实验中所用滑石的的化学成份,见表1。

1.2 实验方法

以上各原料按配方称量后,经球磨机球磨,混料依次过325目、250目和160目筛子筛分(筛余料制成的试样分别记为S1、S2、和S3)造粒、陈腐、后在25 Mpa压力下保压5 min,半干压压制成型,制成Φ20 mm的砖坯。在电阻炉中高温下焙烧,烧成后自然冷却,坯料从电阻炉中取出,焙烧升温曲线如图2所示。在400℃、600℃、800℃、1000℃及1150℃均保温1小时,保温的目的有两方面,一方面使试样体内发生充分的物理化学变化,以便生成足够的液相与固相粘结在一起和大小合适的晶粒,另一方面使试样内部的组织结构尽可能均匀一致[5]。对制成粉煤灰陶瓷地砖微观形貌进行SEM分析(日本电子JSM-5610LV扫描电镜)。

2 结果与讨论

物相组成粉煤灰陶瓷砖S1、S2、和S3的XRD谱如图3所示。

由图3可以看出,各个样品析晶后的晶相中均含有主晶相透辉石[Ca O·Mg O·2Si O2]和钙长石[2Ca O·Al2O3·2Si O2],3个试样透辉石晶相量的多少和XRD衍射峰的变化与试样粒径有很大关系。在样品烧成过程中,试样中的Ca O、Si O2、Al2O3互溶成Ca O-Si O2-Al2O3硅酸盐玻璃相。样品S1的主晶相透辉石和钙长石有较高强度的衍射峰,玻璃相衍射峰强度较低。相反,样品S3中主晶相透辉石和钙长石有较低强度的衍射峰,玻璃相衍射峰强度较高。陶瓷地砖基体化学成分由骨料和熔剂两部分组成,骨料主要包含Si O2和Al2O3,构成陶瓷地砖的主框架,熔剂的主要作用是降低陶瓷的熔点,包含碱金属和碱土金属氧化物,如K2O、Na2O和Ca O,在陶瓷样品烧成过程中,骨料和熔剂中氧化物经固溶反应形成透辉石和钙长石晶相[6]。样品粒径越小,表面自由能越高,形成主晶相透辉石相和钙长石相就越多。

2.2 粉煤灰陶瓷试样样品SEM分析

试样S1、S2和S3的微观结构扫描电镜(SEM)照片如图4所示。

由图4中可以看出,3个样品烧成过程中均有固相和液相粘结在一起。在本试验中的原料粉煤灰和滑石中含有大量的Si O2、Mg O和Al2O3,这些Al、Si和Mg元素促进了陶瓷坯体高温烧结过程中生成大量的液相,这些液相能够控制陶瓷坯体内晶体生长速度[7]。较大晶体在坯体晶化反应中形成骨架,较小晶体能够顺利的在骨架间的缝隙中镶嵌,玻璃相充填在大晶体和小晶体晶界间的间缝中,从而使晶坯致密化程度提高,大幅度的增加了瓷质地砖的强度。另外,粉煤灰中Fe2O3在陶瓷高温烧成过程中易形成低固溶点化合物,降低了透辉石主晶相烧成温度。

粉煤灰质陶瓷烧成的关键因素发生以下固溶反应:Ca O+Si O2+Mg O→Ca O·Mg O·2Si O2,在合适的的压力下,高温烧成过程中固溶反应的反应界面变大,陶瓷晶相得到充分生长。该固溶反应是磁化程度的体现,是形成陶瓷的必要条件。试样S3固相和液相结合最差,原因在于原料粉末粒径越大,热阻越大,只有在较高的温度下方可吸收小粒径颗粒在较低温度下相同的热量[8]。因此粒径较大试样S3粉煤灰中的Al2O3、Si O2未能和滑石中的Mg O充分进行固溶反应。当原料粉末粒径在250目以下时,高温烧结过程中氧化物之间发生了较充分的固溶反应,形成了结构紧密的固溶体晶粒,半溶解态的石英将其包裹,最终所形成的晶体粒度尺寸较均匀。粉煤灰为工业固体废弃物,再加上低温烧结快烧的工艺特点,能够在节约资源的同时实现节约能源。粉煤灰含有一定量的K2O和Na2O,在陶瓷制品焙烧过程中K2O和Na2O可以起到助烧剂作用,能够加速坯体致密化进程,促进陶瓷制品快速烧成;能够拓宽样品的烧成范围和有效降低样品的烧成温度。

2.3 粉煤灰陶瓷试样样品性能测试

根据试验结果,做出3个不同粒径粉煤灰质陶瓷地砖抗弯强度、吸水率和真密度比较图。

从图中可以看出,试样粒径的越小,赤泥质陶瓷抗弯强度越高,吸水率越低,体积密度越大。当原料粉末粒径小于250目时,粉煤灰质陶瓷抗弯强度超过了99 MPa,当原料粉末粒径大于160目时,粉煤灰质陶瓷抗弯强度为95.48 MPa,尚未达到建筑陶瓷的国家标准GB/T4100-2006。在生产中从获得性能优良的陶瓷材料又减少不必要的能量消耗考虑,应选择原料粉末粒径250目为宜。

3 结论

利用工业废弃物粉煤灰、滑石和消石灰粉制备了粉煤灰质陶瓷砖,综合考虑生产粉煤灰质陶瓷砖的能量消耗和性能,原料粉末粒径小于250目时,1150℃烧成样品的密度2.14 g/cm3,吸水率0.05%,抗弯强度99.73 MPa,达到了国家标准要求。

样品的主晶相是透辉石(Ca Mg Si2O4)和钙长石(Ca2Al2Si2O7),样品粒径越小,越有利于透辉石相和钙长石的形成。

原料粉煤灰中K2O和Na2O可做为烧结反应的助烧剂,降低透辉石相形成温度。

参考文献

[1]Blissett R S,Rowson N A A review of the multi-component utilisation of coal fly ash[J].Fuel,2012,97:l-23.

[2]Qi L,Yuan Y Characteristics and the behavior in electrostatic precipitators of high-alumina coal fly ash from the Jungar power plant,Inner Mongolia,Henan[J].Journal of hazardous materials,2011,192(1):222—225.

[3]吴庆波,刘立强,赵东,王明国,张全鹏,牛文贺.膨润土含量对粉煤灰-赤泥多孔陶瓷性能的影响[J].2013,49(3):56-58

[4]刘雪吟,姜斌,黄朝晖,刘艳改,房明浩.以粉煤灰和赤泥为原料烧结陶瓷工艺与性能研究[J].硅酸盐通报,2010,29(1):188-192

[5]Dana K.,Dey J.,Das S.K.Synergistic effect of fly ash and blast furnace slag on the mechanical strength of traditional porcelain tiles.Ceramics International,2005,31(1):147-152

[6]Ma J.,Chen C.Z.,Wang D.G.,et al.Effect of magnesia on the degradability and bioactivity of sol-gel derived Si O2-Ca OMg O-P2O5system glasses.Colloids and Surfaces B:Biointerfaces,2010,81(1):87-95

[7]Tsakiridis P.E.,Papadimitriou G.D.,Tsivilis S.,et al.Utilization of steel slag for portland cement clinker production.Journal of Hazardous Materials,2008,152(2):805-811

陶瓷地砖 篇3

近三十年来, 我国建筑陶瓷行业得到持续高速发展, 陶瓷墙地砖的年产量多年保持着世界第一的水平。但在这“辉煌”的成绩背后, 整个行业却不仅仍处于能源和原材料消耗大、劳动生产率较低、劳动力密集的发展水平, 还处于科技含量低、整体技术开发能力低、附加值低、无真正国际品牌、“质低价廉”的尴尬地位。当前我国在陶瓷墙地砖的生产过程中需要众多产业人员在充斥着大量废气、粉尘、废水、废料、噪音、高温的恶劣环境中工作, 这种环境严重影响他们的身心健康, 并引发各种职业病, 使得陶瓷企业越来越难招收员工, 经营成本不断高涨。而近年来随着集散控制技术、现场总线控制技术和现代网络控制系统等先进控制技术的飞速发展和在各个工业领域中大量投入应用, 使陶瓷生产企业构建工厂级现场控制通讯网络, 实现现场设备层到车间级监控的集散控制成为可能, 并为实现陶瓷生产厂综合自动化和现场设备智能化提供可行的解决方案。这将成为陶瓷行业在未来发展中有效地降低经营成本, 提高劳动生产率和资源利用率, 加快经营决策, 提高市场竞争力的必然途径。

1 PROFIBUS&PROFINET介绍

PROFINET是Process Field Net的缩写, 是由现场总线PROFIBUS国际组织 (PI) 推出的新一代基于实时工业以太网技术的自动化总线标准。在国际上, PI国际组织已经成立了27个PI区域性协会, 拥有1400多家会员公司以及超过2500种不同的产品, 覆盖了从生产自动化与过程自动化到运动控制与安全应用的所有工业自动化技术领域, 成为了全球最大的工业自动化技术社区组织。2011年全世界PROFIBUS设备总数量超过4010万件, PROFINET的节点数达到430万个。PROFINET采用标准以太网作为连接介质, 运用TCP/IP协议加上应用层的RPC/DCOM技术来完成节点之间的通讯和网络寻址, 可以通过代理设备 (Proxy) 挂接传统PROFIBUS系统, 也可以直接与支持该标准的新型智能现场设备集成。PROFINET主要组成部分为:分散式现场设备 (PROFINET IO) 、分布式自动化、用于所有客户需要统一的通讯、网络安装、IT集成及现场总线集成等。

2 系统分析及设计

2.1 控制需求分析

陶瓷墙地砖生产过程由原料制备、压制成型、施釉烧制、砖坯深加工、捡选包装等工序以及制釉等辅助工序构成。整个生产过程使用很多设备, 如原料制备工序的喂料机、球磨机、搅拌机、喷雾干燥塔、除铁震动筛、粉料陈腐罐和配料系统等;压制成型工序使用布料系统、压砖机、翻坯机等;施釉烧制工序包括快速干燥器及其配套设备、施釉线设备、储坯系统、辊道窑, 下砖机等;深加工工序是一条连续生产的设备线, 包括上砖机、刮平定厚机、磨边机、抛光机、纳米液打磨机、快速风干机、打蜡机、下砖机等;检选包装工序使用上/下砖机、自动/人工检测分选系统、垛砖机、捆扎包装系统等;还有辅助工序的设备包括煤气炉、制釉设备、污水处理设备等。根据不同的生产目的, 设备的配置也有所差别, 设备也可能是不同的设备制造商生产制造。因此, 这些单元设备基本都是用PLC或继电开关独立单机控制, 而相互之间仅仅部分使用简单的联锁开关控制进行协同运行, 各个单元设备之间基本无信息通信, 相互配合度差, 生产动作配备需要靠有经验的生产人员来调整控制, 每次更变生产目的都需要花费大量时间做相关调整准备工作。

现代陶瓷墙地砖生产线的设备在地理空间上分布比较广, 其生产工艺流程较长。而规模越来越大的陶瓷生产企业更是呈现出多个生产基地、多个工厂、多个车间、多种品种、多条生产线混合生产的特点。随着资源环境压力日益增大, 陶瓷企业升级转型的需求日益紧迫, 其经营管理者越来越希望能够把全部生产经营活动所需的信息集成起来, 形成集控制、调度、管理、决策于一体的新型综合管理模式。而生产过程信息的失缺, 正是当前该管理模式急待需要解决的问题。根据新的综合管理模式要求, 各个车间、各个工厂都要有独立的监控系统, 同时各个设备的控制系统、车间的监控系统又要相互紧密配合起来, 实现整个陶瓷墙地砖生产过程最佳的生产运作。因此, 整厂中心监控系统不但要对各个单元设备的所有重要工艺参数进行全面实时监控, 还要对各个生产车间、生产工段、生产线之间运作情况进行监控、协调和调度。此外, 企业的管理层也急切需要第一时间掌握各个生产线如压机、窑炉、检选包装等关键设备的生产信息, 以便及时掌握各个工厂、各个产品生产线的生产实际状况。所以, 整厂中心监控系统还有需要具有通过互联网向企业总部上传实时生产信息的功能。

2.2 系统方案确定

基于以上分析, 系统属于典型的分布控制集中管理系统。这要求寻找一种符合当前设备现状, 能够通过简单技改实现的, 既分散又开放的网络控制技术作为支撑。经比较当今各种技术方案, 比较符合要求的是采用开放的工业以太网标准PROFINET和现场总线PROFIBUS结合的网络系统架构方案。其主要基于以下考虑:

1) 工业以太网标准PROFINET和现场总线PROFIBUS作为当今新型自动化通信标准, 已经在多个行业中实际应用, 其技术标准比较成熟, 得到各个控制系统制造商、传感设备制造商的广泛支持。

2) 由于两者由同一个技术协会提供支持, 可以很好的结合在一起, 充分发挥这两种总线的特长, 形成优势互补, 提高网络控制系统的整体性能。同时, 它们具有的全开放、全分散、智能化特点, 可以灵活组建各种不同网络系统, 以便满足企业从生产现场到经营管理之间实时的、统一的通信要求。

3) 由于陶瓷生产线中相当多的关键设备是使用西门子的PLC进行控制的, 而西门子公司正是这两种总线推广的最主要企业, 西门子的所有自动化产品稍微调整或添加相应的模块就能够无缝地使用这两种总线标准, 这将大大降低技改的难度和成本, 提高了系统的整体稳定性。

3 方案设计与实现

对于不同规模大小的陶瓷企业, 经综合考虑, 选择基于西门子自动化系统的两种不同系统方案来实现。对于规模较小的企业或生产工厂, 由于单元设备数量相对较少, 设备的控制系统可以直接连接到以工业以太网PROFINET为基础的通信网络中, 实现统一的集中监控, 如图1所示。对于继电开关控制或非西门子PLC简单控制的生产设备, 使用低成本的西门子小型PLC S7-1200或者是S7-200搭配CP243-1通信模块进行改造。对于原使用西门子PLC控制的生产设备, 则对其增加必要的通信模块及改变相关控制软件, 实现对PROFINET通信的支持。对于如窑炉等控制过程复杂, 但又非西门子PLC控制的设备系统, 可以添加相关OPC服务器, 实现联网监控功能。同时, 对于一些生产过程中必需的监测点, 也增添适合的感知设备, 使用远程IO如ET200S或PLC S7-1200等设备作为通信控制器进行监控。整厂监控中心使用WinCC服务器进行系统组态和整厂系统运行监控, 采用实时数据库进行采集信息的储存和处理。而各个车间办公室或工段的工艺设备监控室则采用WinCC客户端对所在工段和相关设备进行监控和管理调度。在授权许可的情况下, 还能够使各个监测点之间相互操作和相互访问, 有效满足生产调度和实时监控生产情况的需要, 实现监控中心集中监察管理, 各个车间和工段分散监控, 各设备独立分布控制的三层管理要求。

对于规模较大的陶瓷墙地砖生产企业, 由于生产设备较多, 各种产品工艺流程较为复杂, 设备之间布线困难, 因此各个单元设备将不直接连接到工业以太网PROFINET中, 而是通过PROFINBUS现场总线连接到各个工段的分中心控制器, 见图2所示。单元生产设备控制系统的改造主要采用西门子PLC S7-200搭配通讯模块EM277, 而分中心控制器则采用西门子PLC S7-300控制器。该分中心控制器主要是实现对各个单元设备控制系统进行监控和数据采集, 对数据进行检测和初步处理, 并将重要的数据通过工业以太网PROFINET上传到监控中心, 以减轻中心服务器的运行负担, 从而有效提高系统的整体性能。由于生产基地规模可能较大, 各个工厂和车间之间的地理位置距离较远, 各个分中心控制器之间将采用光纤介质为基础的PROFINET通讯网络进行互相访问, 克服以双绞线电缆为介质的以太网通讯距离短固有的缺陷。

同时, 监控中心还能够通过互联网把工厂的实时生产信息上传到企业总部, 以便集团总部对各个生产基地、生产工厂进行物资和生产任务的调度, 实现集控制、调度、管理、决策于一体的集团综合管理。

4 结论

本文针对当前陶瓷墙地砖生产企业面临的困难和生产实际的需求, 提出采用PROFINET和PROFIBUS集成技术, 将当今先进成熟的自动化控制技术应用到陶瓷生产行业中。该方案既克服国内陶瓷生产过程中生产设备各自独立、实时集中监控困难、生产信息不透明的制约, 又控制了改造成本, 提高了陶瓷墙地砖生产线的综合自动化水平和生产企业综合竞争力。同时, 采用具有高度开放性、互操作性和实时性的PROFINET和PROFIBUS总线技术的网络控制系统, 将为陶瓷行业以后开发先进过程控制技术, 实现在线优化和远程维护, 推行管控一体化综合管理系统, 留下了足够系统扩展和升级空间。

参考文献

[1]屠志平, 等.基于网络技术墙地砖生产线控制系统集成[J].制造业自动化, 2004 (10) :39-41.

陶瓷地砖 篇4

关键词：陶瓷墙地砖,自动化拣砖系统,输送机,可编程控制器

引言

现代流程工业如造纸、钢铁、石化等行业大量使用综合自动化技术[1,2,3]来提高效率、优化资源与降低能耗,其效果已经在实际生产中得到了验证。陶瓷墙地砖生产线虽然也是一个典型的流程生产线,但由于各种原因,其自动化程度远不如以上几个行业,其有关技术尚待进一步发展。

瓷砖生产自动拣砖系统是瓷砖生产线的自动化配套设备。目前,国内瓷砖生产企业多为劳动密集型企业,瓷砖生产线分拣、码垛环节多采用人工分拣,存在的主要问题有人工作业劳动强度大、作业环境不理想、工作效率低下以及分拣质量差等问题[4]。随着国内劳动力成本的上升和人民生产生活质量的日益提高,自动拣砖系统的研究开发和应用需求在国内市场上已初见端倪。南昌大学王文林教授[5]在《中国陶瓷》上撰文指出“从宏观来看,中国建筑陶瓷装备走向优化、精品化的进程并未开始,装备单元自动化技术领域有很多优化工作有待开展和深入。”

本文介绍一种针对国内瓷砖生产行业实际状况,自主研发的瓷砖生产线全自动分拣系统[6]。该系统由输送机、光电传感器、PLC控制器、气动驱动器、电控柜协同工作,光机电气一体化,多机联动,可现实800×800及其以下规格瓷砖的自动化无人分拣。该系统已在有关瓷砖生产企业中得到了成功应用。

1 瓷砖生产自动拣砖系统的总体布置

瓷砖生产线自动拣砖系统采用滚筒输送机、自动拣砖机与瓷砖生产线横向布置方案,根据现场情况可增加水平转向传输辊道输送机实现其他布置方案。该系统主要由两台滚筒输送机、两台自动拣砖机、(转向传输辊道输送机)、线上瓷砖导向装置、PLC电器控制系统、若干光电传感器等部分组成,实现瓷砖生产作业中的拣砖、输送作业由感应控制器操控驱动器自动完成。

2 系统构成与功能实现

2.1 以实现分选为目的的双向传输滚筒输送机

滚筒输送机加装横向传输三角带输送机构,三角带托架由气缸驱动,滚筒输送机上方设有光电传感器,检出完好率在98%以上瓷砖,通过PLC控制横向传输三角带输送机构工作,实现完好瓷砖的横向传输。对于废品瓷砖,由于光电传感器不提供横向传输三角带输送机构工作信号,不进入工况,废品瓷砖由滚筒输送机直接送入废砖车。

2.2 以实现变向输送为目的的双向传输滚筒输送机

另一台滚筒输送机加装横向传输三角带输送机构,三角带托架由气缸驱动,滚筒输送机上方设有光电传感器,并设有限位装置,光电传感器检出完好瓷砖送达,通过PLC控制横向传输三角带输送机构复位,退回工况,滚筒输送机输送瓷砖进入胶带输送机。

2.3 以实现双向拣砖功能的自动拣砖机

自动拣砖机于第二台滚筒输送机下位横向布置,自动拣砖机输送带将瓷砖向前沿一定坡度输送到成品砖车架,码放瓷砖,并由传感器发出信号,自动拣砖机车架行走机构工作,将瓷砖竖立就位。PLC程序监控检出车架瓷砖码放到满仓后,通过PLC控制第二台自动拣砖机工作完成循环作业。两台自动拣砖机还可实现正反向作业。

2.4 瓷砖生产线上瓷砖导向装置

瓷砖生产线上加装瓷砖导向装置,通过由光电传感器检出线上瓷砖送来,PLC控制驱动电机工作,通过连杆机构现实挡砖器挡砖导向,PLC延时控制挡砖器复位放行瓷砖。

2.5 气动系统

两台三角带输送机构三角带托架、瓷砖导向、定位机构等均由气缸驱动实现。为了保证汽缸活塞杆的速度稳定性和各动作的协调性,气动执行元件采用带磁性开关的双电控汽缸,并采用排气节流方式,以确保稳定的输出速度。同时,在确保流量的情况下,采用电磁换向阀带动两个汽缸的方式。

2.6 电气系统

整个控制由OMRON PLC、威伦触摸屏、三菱变频器等组成,自动检测部分为邦纳光电传感器、邦纳分色电眼来自动完成。电气控制系统外围布置如图2所示。主机自动化设备先进,装有振动器电子调频系统用于电子变频调速和启动,具有液晶显示装置和电子逻辑控制系统;系统设有灵敏度很高的光电传感器和电、光、气控制等执行机构,并通过中央电子自动系统进行操作,整个系统的动作和工作周期均由微处理机控制。

2.7 PLC控制系统设计

根据拣砖系统的工艺要求、所控设备的数量和现场开关点探测器的数量,选用OMRON C60P型可编程序控制器,该可编程序控制器具有高速、多功能、系统化、模块化、可靠性高的特点[7]。OMRON C60P强大的运算功能和高精度的定时功能,为程序设计提供了方便,拣砖系统的动作过程比较连贯,本程序采用梯形图的编程语言,程序简化便于修改。

编程方法可根据拣砖系统的工艺动作过程、各个动作的先后顺序和先后关系,写出PLC各输出与输入信号的逻辑关系,再由逻辑关系转化为梯形图。完好瓷砖的检出由光电传感器采集特征信号,通过核心算法实现。为满足整机试验要求,梯形图由手动、自动两部分组成,靠一个选择开关来转换,整个拣砖系统的程序编写有368条语句,现只简介拣砖系统自动拣砖作业的部分梯形图,如图3所示。

3 结语

自动拣砖系统开发设计,采用系统总重控制和无人化作业的设计目标,使得产品实现了价格和性能的双赢效应。实践表明,采用可编程控制器PLC控制,时间响应快,控制精度高,可靠性好,维修方便,故障率低,抗干扰能力强,系统能够在恶劣环境条件下连续稳定运行。控制器、变频器等模块化器件在自动拣砖系统中的运用,大大提高了系统的可靠性和执行机构的准确性。模块化元器件使得设备维护更简单易行,大大减少了现场调机和设备停机维护时间。自动拣砖系统在陶瓷生产线中的应用减轻了工人的负担,进一步提高了生产效率,取得了良好的经济效益和社会效益。

参考文献

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