一種壓鑄機(jī)的自動化控制系統(tǒng)設(shè)計

王素粉

(三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 三門峽 472000)

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一種壓鑄機(jī)的自動化控制系統(tǒng)設(shè)計

王素粉

(三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 三門峽 472000)

針對傳統(tǒng)壓鑄機(jī)的控制系統(tǒng)采用繼電器控制、微機(jī)控制或者僅有簡單手動控制的PLC控制特征，通過分析壓鑄機(jī)及其工作流程，進(jìn)行了PLC控制器硬件選型和接線圖設(shè)計、控制系統(tǒng)梯形圖設(shè)計、抗干擾設(shè)計等，設(shè)計了一種包含手動控制、半自動控制、全自動控制3種控制方式和良好抗干擾特性的壓鑄機(jī)PLC控制系統(tǒng)，并對系統(tǒng)進(jìn)行仿真軟件調(diào)試和現(xiàn)場調(diào)試，調(diào)試結(jié)果表明該系統(tǒng)安全、可靠、高效.

壓鑄機(jī)；PLC；梯形圖；調(diào)試

壓鑄機(jī)是一種通過壓力系統(tǒng)做功將熔融金屬液以高壓高速的方式射入到模具型腔后冷卻固化，開模后得到固體金屬鑄件的一系列工業(yè)鑄造機(jī)械.壓鑄機(jī)由于其良好的節(jié)能、省料特性，在現(xiàn)代工業(yè)制造中具有廣泛的應(yīng)用[1]50-52,[2]8-11.早期的壓鑄機(jī)控制多采用繼電器控制、微機(jī)方案控制等，但由于繼電器控制工作效率、靈活性、智能性、擴(kuò)展性和可靠性都比較差，微機(jī)控制靈活性低、修改復(fù)雜、難于上手等缺點(diǎn)，可編程控制器(PLC)具備價格低廉、操作簡便、改變功能靈活易用、維護(hù)工作量小等優(yōu)勢，在工業(yè)生產(chǎn)過程自動化中得到了越來越多的應(yīng)用[3]102-103,[4]633-635.本文將PLC控制技術(shù)引入到傳統(tǒng)的壓鑄機(jī)中，設(shè)計了一種具備手動控制、半自動控制和自動控制3種控制方式的壓鑄機(jī)PLC控制系統(tǒng)，提高了壓鑄機(jī)的自動化程度，增加設(shè)備本身的可靠性，使操作更加人性化.

1 壓鑄機(jī)工作控制原理分析

壓鑄機(jī)系統(tǒng)由簡單的液壓系統(tǒng)驅(qū)動控制，通過多個電磁閥的開關(guān)切換控制模板和噴嘴，進(jìn)而執(zhí)行原位、關(guān)模、射入、活塞返回與冷卻、開模、洗模、噴嘴返回并停止噴液等工作流程[5]40-41，工作示意圖如圖1所示.

圖1 壓鑄機(jī)工作示意圖

當(dāng)壓鑄機(jī)處于原位時，射入活塞原始狀態(tài)為最右端，噴嘴原始狀態(tài)為頂端，模板左限位開關(guān)SQ1、活塞右限位開關(guān)SQ3、噴嘴上位限位開關(guān)SQ5均處于閉合狀態(tài)；當(dāng)處于開模狀態(tài)時，啟動SB1開關(guān)系統(tǒng)開始工作，通過打開關(guān)模電磁閥YV0，液壓系統(tǒng)促使模板右移直至模板移至右限位，模板右限位開關(guān)SQ2進(jìn)入閉合狀態(tài)、關(guān)模電磁閥YV0斷電關(guān)閉，模板進(jìn)入關(guān)模狀態(tài).關(guān)模電磁閥YV0斷電關(guān)閉后，誘發(fā)射入活塞左移電磁閥YV2通電打開，液壓系統(tǒng)促使射入活塞左移至左限位——左移過程中金屬液射入型腔內(nèi)，活塞左限位開關(guān)進(jìn)入閉合狀態(tài)、射入活塞左移電磁閥YV2斷電關(guān)閉，完成金屬液射入.金屬液射入完成后，射入活塞右移電磁閥YV3、冷卻水電磁閥YV4通電打開，射入活塞開始右移返回至右限位、冷卻水進(jìn)入模具冷卻水循環(huán)系統(tǒng)開始冷卻，高溫液態(tài)金屬液迅速冷卻固化，活塞返回至右限位時活塞右限位開關(guān)SQ3進(jìn)入閉合狀態(tài)、射入活塞右移電磁閥YV3斷電關(guān)閉，冷卻水電磁閥YV4通電50s時自動斷電，射入活塞返回及金屬液冷卻完成.射入活塞返回及金屬液冷卻完成后，開模電磁閥YV1通電打開，模板左移并頂出壓鑄工件，模板左移至左限位時模板左限位開關(guān)SQ1進(jìn)入閉合狀態(tài)、開模電磁閥YV1斷電關(guān)閉，完成開模過程.模板左移至左限位后停止，噴嘴下移電磁閥YV5、噴液電磁閥YV7通電打開，洗模液噴嘴向兩側(cè)模板噴射洗模液同時下移直至噴嘴下限位，噴嘴下限位開關(guān)SQ6進(jìn)入閉合狀態(tài)、噴嘴下移電磁閥YV5斷電關(guān)閉，完成洗模過程.噴嘴返回并停止噴液：洗模液噴嘴移至下限位后，噴嘴上移電磁閥YV6通電打開、噴液電磁閥YV7斷電關(guān)閉，噴嘴開始返回并停止噴液.洗模液噴嘴上移至上限位后，噴嘴上限位開關(guān)SQ5進(jìn)入閉合狀態(tài)、噴嘴上移電磁閥YV6斷電關(guān)閉，壓鑄系統(tǒng)完成一次壓鑄過程.

2 壓鑄機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計

2.1 壓鑄機(jī)控制順序功能圖繪制

根據(jù)壓鑄機(jī)具體型號和特征，選用配套的電子元器件并編寫PLC控制梯形圖，在此基礎(chǔ)上，通過采取硬件抗干擾措施和軟件抗干擾設(shè)計增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾性.

通過分析壓鑄機(jī)的工作原理和工作流程，繪制其工作循環(huán)圖如圖2所示.

根據(jù)壓鑄機(jī)控制系統(tǒng)的基本參數(shù)及功能要求，控制系統(tǒng)總線接線圖設(shè)計如圖3所示.

圖2 壓鑄機(jī)工作循環(huán)圖

圖3 壓鑄機(jī)PLC控制系統(tǒng)接線圖

2.2 PLC控制系統(tǒng)梯形圖設(shè)計

為了使控制系統(tǒng)具有更好的應(yīng)用性、可調(diào)試性和可維護(hù)性，控制系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具備手動操作、半自動操作和全自動操作3種功能.可以采用主程序和子程序相結(jié)合的二級程序系統(tǒng)，主程序可以調(diào)用不同功能的子程序，從而滿足3種操作功能的需求.系統(tǒng)軟件設(shè)計采用PLC控制使用最為廣泛的編程語言——梯形圖設(shè)計，其主程序梯形圖設(shè)計如圖4所示.

圖4 主程序梯形圖

主程序除自身調(diào)用程序外，又包含公用子程序、手動子程序和自動子程序3個子系統(tǒng).公用子程序包含系統(tǒng)運(yùn)行的基本任務(wù)(3種操作方法都需要運(yùn)行的任務(wù))和特殊情況下的冗余程序；手動子程序更傾向于單個步驟運(yùn)行，便于系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試；自動子程序即按照壓鑄流程逐步進(jìn)行的全自動控制程序.子程序梯形圖(部分)如圖5所示.

圖5 手動子程序梯形圖

2.3 控制系統(tǒng)抗干擾特殊環(huán)節(jié)設(shè)計

為了抑制來自外部電網(wǎng)的信號干擾，本文硬件上在PLC控制系統(tǒng)的PLC電源與外部電網(wǎng)之間使用隔離變壓器，對壓鑄機(jī)的PLC控制系統(tǒng)采用專用接地，選用金屬鎧裝屏蔽型電纜，防止信號線之間由于電磁耦合誘發(fā)的相互干擾，同時將動力電纜和控制電纜分開，以防止兩者相互之間的影響，尤其是動力電纜會對控制電纜帶來干擾.軟件方面在控制系統(tǒng)中，為了避免系統(tǒng)由于受某些特殊原因的影響(如振動等)出現(xiàn)假報警現(xiàn)象而導(dǎo)致不必要的停機(jī)，采取對控制系統(tǒng)中重要部分進(jìn)行延時確認(rèn)控制[6]51-53，比如對一些報警信號延時15ms后再次讀入，兩次均報警才確認(rèn)為故障信號，在程序編制時，編制一些常見故障的異常邏輯關(guān)系，如果異常邏輯關(guān)系為ON狀態(tài)，就可以判斷為出現(xiàn)了故障.

3 壓鑄機(jī)控制系統(tǒng)仿真與調(diào)試

3.1 控制系統(tǒng)仿真調(diào)試

程序仿真調(diào)試的主要任務(wù)是檢查程序中各個軟件是否按照之前的設(shè)計來運(yùn)行，也就是軟件滿足轉(zhuǎn)換條件時應(yīng)當(dāng)發(fā)生相應(yīng)的變化.本系統(tǒng)采用如下程序仿真調(diào)試方法進(jìn)行調(diào)試：首先是進(jìn)行程序的轉(zhuǎn)換.將編寫的梯形圖程序在軟件上轉(zhuǎn)換，如果程序中存在錯誤，那么程序的變換將會失?。黄浯问沁壿嫓y試.測試所編寫壓鑄機(jī)系統(tǒng)梯形圖是否符合基本邏輯，尋找邏輯不完善部分進(jìn)行修正改善；最后進(jìn)行元件測試.元件測試需要逐一進(jìn)行，選中啟動觸點(diǎn)元件，選取軟件測試選項，改變某些元件強(qiáng)制ON/OFF，代表實際PLC中這些元件的通與斷，通過模擬仿真，測試系統(tǒng)各個子程序的正確性.

3.2 控制系統(tǒng)現(xiàn)場調(diào)試

現(xiàn)場調(diào)試主要包含操作過程調(diào)試和顯示警報調(diào)試兩大部分，操作過程調(diào)試主要是合上電源，打開電源鑰匙開關(guān)，電源指示燈亮、運(yùn)行電動機(jī)，調(diào)試電動機(jī)動作過程、抽插拉杠，調(diào)試?yán)瓧U動作過程、調(diào)試手動操作動作、調(diào)試半自動操作動作、調(diào)試聯(lián)動操作等過程.

顯示警報調(diào)試主要是打開總開關(guān)，電源指示燈亮、潤滑泵工作時，潤滑信號燈亮、液壓泵卸荷時，卸荷信號燈亮、允許循環(huán)條件滿足時，原位指示燈亮、允許壓射條件滿足時，允許壓射指示燈亮、在油溫超高或超壓時，報警指示燈亮、保壓條件滿足時，保壓指示燈亮、當(dāng)所有液壓泵電動機(jī)都運(yùn)行時，主泵運(yùn)行信號燈亮.

對不滿足現(xiàn)場調(diào)試的部分進(jìn)行分析，硬件錯誤則更換電子元器件并重新開始現(xiàn)場調(diào)試，軟件錯誤則對系統(tǒng)軟件進(jìn)行修正并返回仿真調(diào)試階段重新調(diào)試，直至系統(tǒng)滿足調(diào)試要求.

4 結(jié)語

針對傳統(tǒng)壓鑄機(jī)的控制系統(tǒng)采用繼電器控制、微機(jī)控制或者僅有簡單手動控制的PLC控制特征，設(shè)計了一種包含手動控制就、半自動控制、全自動控制3種控制方式和良好抗干擾特性的壓鑄機(jī)PLC控制系統(tǒng)，并對系統(tǒng)進(jìn)行仿真軟件調(diào)試和現(xiàn)場調(diào)試，調(diào)試結(jié)果表明該系統(tǒng)安全、可靠、高效.

[1] 張華偉.高效節(jié)能的大型壓鑄機(jī)關(guān)鍵技術(shù)研究[D].廣州：華南理工大學(xué)，2014.

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[3] 劉星平. PLC原理及工程應(yīng)用[M].北京：中國電力出版社，2010

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[責(zé)任編輯 梧桐雨]

Design of an Automatic Control System for Die Casting Machine

WANG Sufen

(SanmenxiaPolytechnic,Sanmenxia472000,China)

In view of the control system of the traditional die casting machine, the article uses the relay control, the microcomputer control or simple manual control PLC to control characteristic. Through the analysis of die casting machine and its work flow, the article has carried on the PLC controller hardware type selection and the wiring diagram design, the control system trapezoidal chart design, the anti-interference design and so on. The PLC control system of die casting machine is designed, which includes manual control, semi-automatic control, automatic control of three control modes and good anti disturbance characteristics. And the system simulation software debugging and field debugging are made. The debugging results show that the system is safe, reliable and efficient.

die casting machine; PLC; ladder diagram; debugging

2016-04-15

王素粉(1981- )，女，河南商水人，三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，碩士，主要從事機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計及計算機(jī)輔助設(shè)計。

1671-8127(2016)05-0067-04

TG233.1

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