工控机在压铸机控制系统中的应用

【摘要】 本文采用工控机完成压铸机的控制系统，设计出相应的硬件电路、编制控制软件，为提高压铸件的质量，提出了用自适应模糊控制理论对压铸过程重要参数—压射速度进行控制，计算机仿真结果表明，此控制方法是切实可行的。  

本文采用工控机完成压铸机的控制系统，设计出相应的硬件电路、编制控制软件，为提高压铸件的质量，提出了用自适应模糊控制理论对压铸过程重要参数—压射速度进行控制，计算机仿真结果表明，此控制方法是切实可行的。


   高压和高速是压力铸造工艺的二大特征，铸件充型完好，轮廓清晰主要取决于压射速度（即压射过程），而铸件的内部质量和机械性能主要取决于增压效果（即增压过程），要想获得高质量的压铸件，必须根据不同的情况对压铸过程中的所有工艺参数如压射压力和压射速度等进行恰到好处的控制。相对国外的高科技，国内压铸工艺技术还很落后，针对这一现状，国家计委设立“J11280型压铸机系统”为“八五”科技攻关项目之一。

   J11280型28000KN( 卧式冷室压铸机是国内压铸机厂设计试制的新产品，控制系统完成后，用户厂家对机器的使用性能表示非常满意。并且通过了国家计委鉴定，它是目前国产最大、最先进的压铸机。

   1 J11280型卧式冷室压铸机概述

   1.1 机器的组成部分


   J11280型卧式冷室压铸机主要由机身、电气系统、压射机构、合型机构、液压系统五部分组成。其压射系统工作原理图如图1所示。


图1 压铸机压射系统原理图

   1.2 压铸机工作机理的分析

   完成一个铸件的工艺过程为：动1插芯-动2插芯-合型-低压合型-系统压力锁型-合型完成-静插芯-慢压-一快-二快（同时增压）-（冷却时间到）静抽芯-开型-动2抽出-动1抽出-顶出前延时-顶出-顶出后延时-压回-顶回-恢复原位-延时卸荷。如此重复循环进行铸件生产。压铸机的每一个动作过程都可通过电磁阀的通断，改变液压系统的状态，进行控制。

   2 工控机控制压铸机系统硬件系统设计

   2.1 硬件系统总体设计


   压铸机控制系统主要由工控机、开关量输入板、开关量输出板、模拟量输入板、继电器板及外围辅助电路构成。其结构框图见图2。


图2 压铸机控制系统结构

   工控机主要完成控制指令的发出和模拟量的运算。具体控制过程为：由行程开关和控制按钮发出的开关信号指示出目前压铸机所做的动作，经过开关量输入板进入工控机，通过定期读取工控机相应端口，可检测到压铸机工作的状态，通过逻辑运算，形成相应的开关量输出，再通过输出继电器板来控制压铸机电磁阀通断电，控制压铸机的动作。开关量输入和输出为防止干扰均采用光电隔离输入输出，为32路入和26路出。

   2.2 工控机配置


   工业现场条件相对恶劣，最常见的问题是粉尘、辐射、电气干扰等。在一些环境下还要防潮、防震、抗冲击等。设计选用CONTEC公司生产的通用型工控机系列，它具有高可靠性电源装置、高功率双冷风扇制冷系统、带滤网全钢标准机箱、减震加固压条装置、14个插槽供I/O扩展，能够适应生产环境的要求。详见表1。

表1 工控机配置


   2.3 系统仿真


   由于系统存在许多非线性环节，如：液压油、伺服阀等，这给系统的理论分析及优化设计带来一定的困难，只能借助与计算机对系统进行仿真研究。由于压射过程油缸活塞所受的阻力很小，在仿真过程中近似地认为压射速度与进入油缸液压油的体积成正比，即为比例环节。查阅相关手册，确定参数。系统仿真结果如图3所示。


图3 系统仿真图

   3 工控机控制压铸机系统软件系统设计


   其程序模块包括：压铸机驱动程序模块、数字量检测模块、状态显示模块、速度压力曲线显示模块、故障诊断模块、参数调整模块、打印模块、帮助模块。

   本系统的设计中采用BORLAND c++作为程序开发语言。其中断服务程序中的Interrupt_app()函数主要功能是由当前的输入状态依据逻辑规则形成新的控制字节，并送到相应的输出端口，从而驱动相应的电磁阀得失电，达到完成压铸工艺过程的目的。因而Interrupt_app()函数主要由三个顺序的部分组成：读输入状态、进行逻辑运算形成控制字节、输出控制字节。其设计由PLC梯形图演化而来。如PLC梯形图4。


图4 PLC梯形图

   其相应的转换程序如下：

   if((R0[0]&&‖R0[7])&&counter[TC31].TC)‖Ro[1])
       R17[4]=1;
   else
       R17[4]=0;
   if (R16[7]&&!R0[3])
       Start_counter(TC31);
   else
   End_counter(TC31);

   Counter是一个如下的数据结构，它对应计时器：

   Struct counter
   {  int TC;         /*表示其触点*/
      int use;       /*表示counter当前是否启动标志*/
      unsigned long counter_max;    /*定时时间*/
      unsigned count;   /*记数值*/
   }  counter;

   延时断开则为：counter.use=1时，counter.TC＝1,counter.count每隔一定时间加1,与count_max相等时，counter.TC=0,停止计数；

   延时闭合则为counter.use=1时，counter.TC＝0,当计时时间到后，令counter.TC＝1,停止计数。

   压铸机具有调整、联动两种工作机制，每种工作制都有一定的动作顺序。因而有两种设计方案：

   1）步进制设计方案：在这种设计方案下，首先要研究控制压铸机动作的PLC流程图，进而推导出每一种动作的可执行条件。在程序设计时，基于当前的工作状态的基础上，进行相应下一步动作的控制。

   2）按PLC控制机理进行设计方案：这种工作方式下，只需要将PLC梯形图转换成相应的程序语言，然后模拟按PLC的工作机理进行驱动程序设计。

   第二种工作方案采用的PLC流程图在现场运行很长时间，容易保证控制的正确性，并且易于被现场技术工人理解和掌握。因而采用第二种设计方案。

   PLC的基本工作方式是在系统软件的控制下，采用周期工作方式，也即扫描工作方式。它的操作系统是一个小型的实时系统软件，具有自身的结构和特点，PLC在每次扫描期间，除了读入各输入点的状态，用户逻辑输出控制信号外，还进行故障自诊断和处理与编程器、计算机等的通讯要求。

   4 结束语

   本文所设计出的系统有如下特点：①每秒2000次的状态检测，可以检测到状态的瞬息变化，并进行相应实时的控制；②系统中的状态监控、故障诊断、压力速度曲线显示等功能，用户可以对系统的工作状况有一个及时全面的了解；③系统具有简单的程序接口，用户能够很方便的进行系统的二次开发；④具有良好的用户界面和简单的系统操作。

辽宁工程技术大学 彭继慎,高姬,朴海国

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图1.1

图2.1


图2.2


图2.3


图3