1 引言

鑄造是人類掌握最早的一種金屬熱加工成形工藝，已有約6000年的歷史，是現(xiàn)代機械制造工業(yè)的基礎(chǔ)工藝。鑄造過程是將金屬熔煉成符合一定要求的液體并澆進鑄型里，經(jīng)冷卻凝固、清整處理后得到有預(yù)定形狀、尺寸和性能的鑄件(零件或毛坯)的工藝過程。鑄造生產(chǎn)的毛坯成本低廉，對于形狀復(fù)雜、特別是具有復(fù)雜內(nèi)腔的零件，更能顯示出它的經(jīng)濟性；同時它的適應(yīng)性較廣，且具有較好的綜合機械性能。

低壓鑄造是使液體金屬在壓力作用下充填型腔，以形成鑄件的一種方法。由于所用的壓力較低，所以叫做低壓鑄造。其工藝過程是：在密封的坩堝(或電爐)中，通入干燥的壓縮空氣，金屬液在氣體壓力的作用下，沿升液管上升，通過澆口平穩(wěn)地進入型腔(金屬型)，并保持坩堝(或電爐)內(nèi)液面上的氣體壓力，經(jīng)過一段時間的保壓，直到鑄件完全凝固為止。然后解除液面上的氣體壓力，使升液管中未凝固的金屬液流坩堝(電爐)，再由氣缸開型并推出鑄件。低壓鑄造獨特的優(yōu)點表現(xiàn)在以下幾個方面：液體金屬充型比較平穩(wěn)；鑄件成形性好，有利于形成輪廓清晰、表面光潔的鑄件，對于大型薄壁鑄件的成形更為有利；鑄件組織致密，機械性能高。低壓鑄造是一種低壓強與低速度的充型鑄造方法，利用壓縮空氣作為充型動力，液體金屬充型要求平穩(wěn)；保壓性好，鑄件成形性好，輪廓清晰、鑄件表面光潔；要求模具冷卻性好，鑄件組織致密，機械性能高。

2 低壓鑄造自動化系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

工控機和plc在低壓鑄造中的系統(tǒng)構(gòu)成為了滿足低壓鑄造的要求，把工控機和plc組成一個有機系統(tǒng)，如圖1所示。本系統(tǒng)采用分級控制方式。由工控機完成液面壓力控制和鑄型溫度(冷卻)控壓鑄造的要求。

圖1 低壓鑄造自動化系統(tǒng)

2.2 系統(tǒng)原理

低壓鑄造機壓力/溫度控制系統(tǒng)的計算機控制系統(tǒng)原理如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)原理

(1)壓力控制：低壓鑄造機壓力控制系統(tǒng)的氣動原理如圖3所示，工控機和由其控制的液面壓力i/o模板對數(shù)字組合閥島進行控制，實現(xiàn)了低壓鑄造壓力控制。工控機系統(tǒng)采用靈敏的壓力傳感器和軟件式pid控制器，在計算機屏幕上同時顯示鑄造過程的設(shè)定壓力曲線和實際控制壓力曲線，并進行疊加比較。在計算機屏幕上以四種顏色顯示四個測溫點的實時溫度曲線。另外用圖形來指示保溫爐內(nèi)鋁液液面情況，以提醒操作人員注意：當(dāng)爐內(nèi)金屬液少于最低限時，系統(tǒng)自動停止加壓。

圖3 壓力控制系統(tǒng)

y1～y9：調(diào)節(jié)閥(常閉)；
y11：進氣主閥(常閉)；
y13：爐子慢泄壓(常開)；
y14：爐子全部泄壓(常開)；
yk1：壓力開關(guān)，監(jiān)測“0”mbar時的爐內(nèi)壓力。出廠時調(diào)節(jié)為約50mbar；
yk2：壓力開關(guān)，監(jiān)測最大爐內(nèi)壓力，出廠時調(diào)節(jié)為約950mbar；
b1：壓力傳感器，0～1600mbar，4～20ma。檢測爐膛壓力；
b2：壓力傳感器，0～7000mbar，4～20ma。檢測進氣管氣源壓力。

(2)冷卻控制：工控機和由其控制的冷卻控制i/o模板控制了12個(5路風(fēng)冷、7路風(fēng)冷+水冷)冷卻通道，可任意選擇若干個通道工作。對每路冷卻通道均提供了“on”、“off”、“auto”三種工作方式和按時間控制、按溫度控制兩種控制模式。人機界面有冷卻畫面，可任意開關(guān)調(diào)整電磁閥的通斷。

2.3 硬件配置

低壓控制系統(tǒng)配置如下：

(1)panel870面板式工控機：piii700以上cpu、40g硬盤、128m內(nèi)存、12〞液晶顯示屏、觸摸鍵盤、帶軟驅(qū)和dvd光驅(qū)、usb接口和rj45接口；

(2) 板卡：813b a/d板一套、1751d

i/o板一套、7216繼電器板一套(包括odc5或idc5b固態(tài)繼電器)、785繼電器板一套；

(3) s7-300 系列plc：

cpu模塊：cpu314一套，flash eprom 內(nèi)存卡(64k)一個，ps307電源5a一個，sm321輸入模塊(32點 24v dc)3套，sm322輸出模塊(16點 24v dc)4套，40針端子3個，20針端子4個，480mm導(dǎo)軌1個。


3 項目評價

(1)控制系統(tǒng)實現(xiàn)對機器運行、液壓機械動作、鑄造工藝過程、保溫爐加熱、鑄型冷卻過程中包括壓力、溫度、時間、位置在內(nèi)的工藝參數(shù)進行有效控制。系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)保存功能，能夠存取、調(diào)整和管理鑄造參數(shù)。

(2) 控制精度高，充型、保壓階段壓力偏差值≤3mbar，升液階段壓力偏差值≤5mbar，升壓階段壓力偏差值≤10mbar。

(3)具有壓力自動補償能力，保溫爐內(nèi)的壓力可以根據(jù)設(shè)定的曲線精確、重復(fù)再現(xiàn)，而不受保溫爐泄漏、供氣管路氣壓波動和金屬液位變動的影響(保溫爐嚴重泄漏除外)。

(4) 可根據(jù)工藝需要自由設(shè)定最多達八段的升壓曲線和一段保壓曲線。對于爐膛容積≤800l的爐型，最大升壓速度可達100mbar/s。

(5) 具有友好的人機界面，可以方便的輸入各類工藝參數(shù)。

(6) 具有數(shù)據(jù)保存及調(diào)用功能。每個輪型的鑄造工藝參數(shù)可以輸入并確認后自動保存，以后可以直接從系統(tǒng)中調(diào)用。

(7) 低壓鑄造控制系統(tǒng)具有故障自檢功能，維修方便。

4 結(jié)束語

我國工業(yè)控制自動化技術(shù)飛速發(fā)展，特別是工控機和plc的應(yīng)用更為成熟，經(jīng)過近三年的努力，我們成功把工控機和plc同時應(yīng)用在輪轂低壓鑄造機中。