工控机和PLC在低压铸造中的应用

工控机和plc在低压铸造中的系统构成为了满足低压铸造的要求，把工控机和plc组成一个有机系统。本系统采用分级控制方式。由工控机完成液面压力控制和铸型温度(冷却)控压铸造的要求。

1  引言

铸造是人类掌握最早的一种金属热加工成形工艺，已有约6000年的历史，是现代机械制造工业的基础工艺。铸造过程是将金属熔炼成符合一定要求的液体并浇进铸型里，经冷却凝固、清整处理后得到有预定形状、尺寸和性能的铸件(零件或毛坯)的工艺过程。铸造生产的毛坯成本低廉，对于形状复杂、特别是具有复杂内腔的零件，更能显示出它的经济性；同时它的适应性较广，且具有较好的综合机械性能。

低压铸造是使液体金属在压力作用下充填型腔，以形成铸件的一种方法。由于所用的压力较低，所以叫做低压铸造。其工艺过程是：在密封的坩埚(或电炉)中，通入干燥的压缩空气，金属液在气体压力的作用下，沿升液管上升，通过浇口平稳地进入型腔(金属型)，并保持坩埚(或电炉)内液面上的气体压力，经过一段时间的保压，直到铸件完全凝固为止。然后解除液面上的气体压力，使升液管中未凝固的金属液流坩埚(电炉)，再由气缸开型并推出铸件。低压铸造独特的优点表现在以下几个方面：液体金属充型比较平稳；铸件成形性好，有利于形成轮廓清晰、表面光洁的铸件，对于大型薄壁铸件的成形更为有利；铸件组织致密，机械性能高。低压铸造是一种低压强与低速度的充型铸造方法，利用压缩空气作为充型动力，液体金属充型要求平稳；保压性好，铸件成形性好，轮廓清晰、铸件表面光洁；要求模具冷却性好，铸件组织致密，机械性能高。

2  低压铸造自动化系统

2.1 系统结构

工控机和plc在低压铸造中的系统构成为了满足低压铸造的要求，把工控机和plc组成一个有机系统，如图1所示。本系统采用分级控制方式。由工控机完成液面压力控制和铸型温度(冷却)控压铸造的要求。

图1  低压铸造自动化系统

2.2 系统原理

低压铸造机压力/温度控制系统的计算机控制系统原理如图2所示。

图2  系统原理

(1)压力控制：低压铸造机压力控制系统的气动原理如图3所示，工控机和由其控制的液面压力i/o模板对数字组合阀岛进行控制，实现了低压铸造压力控制。工控机系统采用灵敏的压力传感器和软件式pid控制器，在计算机屏幕上同时显示铸造过程的设定压力曲线和实际控制压力曲线，并进行叠加比较。在计算机屏幕上以四种颜色显示四个测温点的实时温度曲线。另外用图形来指示保温炉内铝液液面情况，以提醒操作人员注意：当炉内金属液少于最低限时，系统自动停止加压。

图3   压力控制系统

y1～y9：调节阀(常闭)；

y11：进气主阀(常闭)；

y13：炉子慢泄压(常开)；

y14：炉子全部泄压(常开)；

yk1：压力开关，监测“0”mbar时的炉内压力。出厂时调节为约50mbar；

yk2：压力开关，监测最大炉内压力，出厂时调节为约950mbar；

b1：压力传感器，0～1600mbar，4～20ma。检测炉膛压力；

b2：压力传感器，0～7000mbar，4～20ma。检测进气管气源压力。

(2)冷却控制：工控机和由其控制的冷却控制i/o模板控制了12个(5路风冷、7路风冷+水冷)冷却通道，可任意选择若干个通道工作。对每路冷却通道均提供了“on”、“off”、“auto”三种工作方式和按时间控制、按温度控制两种控制模式。人机界面有冷却画面，可任意开关调整电磁阀的通断。

2.3 硬件配置

低压控制系统配置如下：

(1)panel870面板式工控机：piii700以上cpu、40g硬盘、128m内存、12〞液晶显示屏、触摸键盘、带软驱和dvd光驱、usb接口和rj45接口；

(2) 板卡：813b a/d板一套、1751d

i/o板一套、7216继电器板一套(包括odc5或idc5b固态继电器)、785继电器板一套；

(3) s7-300 系列plc：

cpu模块：cpu314一套，flash eprom 内存卡(64k)一个，ps307电源5a一个，sm321输入模块(32点 24v dc)3套，sm322输出模块(16点 24v dc)4套，40针端子3个，20针端子4个，480mm导轨1个。

3  项目评价

(1)控制系统实现对机器运行、液压机械动作、铸造工艺过程、保温炉加热、铸型冷却过程中包括压力、温度、时间、位置在内的工艺参数进行有效控制。系统具有数据保存功能，能够存取、调整和管理铸造参数。

(2) 控制精度高，充型、保压阶段压力偏差值≤3mbar，升液阶段压力偏差值≤5mbar，升压阶段压力偏差值≤10mbar。

(3)具有压力自动补偿能力，保温炉内的压力可以根据设定的曲线精确、重复再现，而不受保温炉泄漏、供气管路气压波动和金属液位变动的影响(保温炉严重泄漏除外)。

(4) 可根据工艺需要自由设定最多达八段的升压曲线和一段保压曲线。对于炉膛容积≤800l的炉型，最大升压速度可达100mbar/s。

(5) 具有友好的人机界面，可以方便的输入各类工艺参数。

(6) 具有数据保存及调用功能。每个轮型的铸造工艺参数可以输入并确认后自动保存，以后可以直接从系统中调用。

(7) 低压铸造控制系统具有故障自检功能，维修方便。

4  结束语

我国工业控制自动化技术飞速发展，特别是工控机和plc的应用更为成熟，经过近三年的努力，我们成功把工控机和plc同时应用在轮毂低压铸造机中。

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