基于PLC技術(shù)的離心鑄造機(jī)電液壓系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

齊景榮

（貴州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，貴陽 550000）

在鑄造模型中，將液體金屬澆入且凝固成型的方法，便是離心鑄造。其不可或缺的設(shè)備是離心鑄造機(jī)，且鑄件質(zhì)量直接受到澆注平穩(wěn)性及主機(jī)行走速度的影響。針對離心鑄造機(jī)電液壓系統(tǒng)，應(yīng)用PLC技術(shù)進(jìn)行控制，可將安裝、調(diào)試設(shè)備所花費(fèi)時間顯著縮短，系統(tǒng)運(yùn)行可靠性、穩(wěn)定性更高，將整個控制系統(tǒng)的性能有效提升，避免控制系統(tǒng)產(chǎn)生可靠性差、響應(yīng)速度慢等問題。本文對離心鑄造機(jī)液壓控制主要功能及控制原理進(jìn)行綜合分析，對基于PLC技術(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案進(jìn)行介紹。

1 離心鑄造機(jī)液壓控制系統(tǒng)功能及原理

1.1 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

本文應(yīng)用模塊化設(shè)計(jì)方案，離心鑄造機(jī)液壓控制系統(tǒng)的功能模塊如圖1所示。人們主要應(yīng)用PLC技術(shù)、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)完成管理報(bào)表制作及離心鑄造機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控，實(shí)時監(jiān)控離心鑄造機(jī)的振動狀態(tài)、軸承溫度等參數(shù)。不僅如此，計(jì)算機(jī)在離心鑄造過程中，可對鑄型金屬液的溫度曲線進(jìn)行連續(xù)、自動記錄。模擬量輸入、程序顯示與處理等操作環(huán)節(jié)，工況監(jiān)控模塊主要包括硬件自檢、對串口通信的設(shè)置等工作?，F(xiàn)場模擬量輸入信號和產(chǎn)品工藝參數(shù)是模擬量輸入模塊的根據(jù)，人們據(jù)此可以計(jì)算輸出鑄件所需的轉(zhuǎn)速。借助模擬量，人們還可對離心鑄造機(jī)工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，同時輸入離心鑄造機(jī)溫度、振動等信號，把電流、電壓連續(xù)量轉(zhuǎn)變成模擬量。

圖1 液壓控制系統(tǒng)軟件功能模塊

自整定模塊是尋找檢測的峰值。要想完成識別過程，需計(jì)算波形特征參數(shù)，并按照獲取的參數(shù)進(jìn)行過程相應(yīng)。對比分析理想波形，完成一次完整的自整定操作，需按照偏差獲得整定PID參數(shù)。此系統(tǒng)自整定PID控制流程，完成系統(tǒng)的最基本設(shè)置，事先通過初始化操作，之后進(jìn)行自整定流程、數(shù)據(jù)采集和運(yùn)算等操作。

1.2 控制原理

通過液壓驅(qū)動，人們要掌握離心鑄造機(jī)液壓控制的基本原理，實(shí)現(xiàn)離心鑄造機(jī)液壓系統(tǒng)控制。對扇形澆鑄包實(shí)施控制，應(yīng)用的是液壓馬達(dá)，在直流電機(jī)的作用下，主機(jī)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，鑄造鐵水注入主機(jī)管道，沿著直線做勻速化運(yùn)動。澆鑄出壁厚均勻的鑄件，保證主機(jī)直線行走、旋轉(zhuǎn)速度和扇形澆鑄包的速度，三者處于恒定的狀態(tài)。C-POMUX P533是某離心鑄造機(jī)配置的數(shù)字電磁直線編碼器，可直接輸出數(shù)字信號，同時可對鑄造機(jī)行走位移實(shí)施檢測，其控制流程如圖2所示。

圖2 原離心鑄造機(jī)控制流程

2 基于PLC技術(shù)的離心鑄造機(jī)電液壓系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 電氣控制方案

液壓驅(qū)動是離心鑄造機(jī)的主要動力來源，在電氣層面，采用大流量恒壓控制變量泵進(jìn)行有效控制。拔管操作時液壓油流量容易出現(xiàn)不足，可適當(dāng)應(yīng)用輔助動力源，確保工作中壓力處于穩(wěn)定狀態(tài)，有效減少回路中的液壓波動情況。在電氣設(shè)備層面，控制離心鑄造機(jī)行走及澆注系統(tǒng)，應(yīng)用的是比例開環(huán)。除此之外，想要實(shí)現(xiàn)控制，還可應(yīng)用壓力繼電器，確保壓力保持正常范圍。

2.2 PLC選型

當(dāng)前，PLC型號較多，這些控制器具有不同的控制特點(diǎn)及功能。綜合考慮液壓系統(tǒng)的工作需要，PLC要滿足運(yùn)行速度快、效率好、控制精度高、成本低和工藝水平高等要求。筆者挑選的是西門子S7-200系列，因?yàn)镻LC輸出電流較小，該系列可以滿足設(shè)計(jì)要求。PLC的輸出端連接著各電磁閥，輸入端連接著控制按鈕及各個傳感器，通過PLC控制液壓缸液壓控制系統(tǒng)達(dá)到工作穩(wěn)定、精準(zhǔn)的效果。

2.3 恒壓控制的液壓系統(tǒng)

離心鑄造機(jī)液壓系統(tǒng)要想實(shí)現(xiàn)恒壓控制，可以采用雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有較高的安全性，操作簡單、便于維護(hù)。除此之外，直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速不會發(fā)生改變，因其不受負(fù)載改變的控制，擁有恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載能力。啟動系統(tǒng)后，它可快速達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行的效果。PLC、調(diào)速裝置和直流電機(jī)等是臥式直流調(diào)速系統(tǒng)的主要組成部分。直流調(diào)速裝置具有數(shù)字顯示、設(shè)定參數(shù)的職能，便于操作者實(shí)施控制。配置的預(yù)控制系統(tǒng)擁有較高的動態(tài)品質(zhì)因數(shù)，在工頻環(huán)境中可以靈活應(yīng)用，能夠適應(yīng)腐蝕、高溫等惡劣環(huán)境。

2.4 優(yōu)化設(shè)計(jì)雙閉環(huán)控制模式

臥式離心鑄造機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)采用恒壓控制，這和速度環(huán)、電流環(huán)相匹配。電機(jī)有較大機(jī)電慣性，電流處于上升狀態(tài)，將輸入電壓突然增加，則最小相限制電壓會快速達(dá)到。假設(shè)給定電壓加在電流輸入端，在較短時間內(nèi)，直流電機(jī)的電流將達(dá)到預(yù)設(shè)最大電樞電流，因整流輸出電壓較大，電流調(diào)節(jié)器輸出端電壓會顯著提升?；诖耍o定電壓和電流反饋處于平衡狀態(tài)。在電流上升為最大值的過程中，速度調(diào)節(jié)器處于飽和狀態(tài)，轉(zhuǎn)速反饋不起任何作用。所以，需促使電流保持恒定狀態(tài)，反電動勢、轉(zhuǎn)速會按照一定的線性規(guī)律升高，系統(tǒng)可按恒定的加速度上升。如果電流環(huán)產(chǎn)生作用，通過電流調(diào)節(jié)輸出的電壓，按照反電動勢線性漸增規(guī)律補(bǔ)償電動勢，保障電流的穩(wěn)定性。

3 結(jié)語

離心鑄造機(jī)是鑄造機(jī)械的重要組成部分，液壓控制系統(tǒng)的優(yōu)劣直接決定鑄件的性能。所以，積極展開離心鑄造機(jī)電液壓系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以提升離心鑄造的鑄件質(zhì)量和整體水平。應(yīng)用PLC技術(shù)對離心鑄造機(jī)電液壓系統(tǒng)進(jìn)行控制，可促使整個生產(chǎn)過程更加安全、穩(wěn)定、可靠，節(jié)省人力、物力，提高設(shè)備的智能化管理水平和工作效率。

[1]孫永芳.基于PLC技術(shù)的離心鑄造機(jī)電液壓系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程，2017，46（8）：92-94.

[2]惠勝利，陶杰，王儒，等.基于PLC的水下切割裝置速度控制系統(tǒng)研制[J].機(jī)床與液壓，2014，（22）：109-112.

[3]毛毅龍，羅一平，王小明，等.基于PLC控制的液動機(jī)械手設(shè)計(jì)[J].上海工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，26（4）：357-360.