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工控機在壓鑄機控制系統中的應用

遼寧工程技術大學 彭繼慎,高姬,樸海國 2005-11-08 00:00:00

  本文采用工控完成壓鑄機的控制系統,設計出相應的硬件電路、編制控制軟件,為提高壓鑄件的質量,提出了用自適應模糊控制理論對壓鑄過程重要參數—壓射速度進行控制,計算機仿真結果表明,此控制方法是切實可行的。

    高壓和高速是壓力鑄造工藝的二大特征,鑄件充型完好,輪廓清晰主要取決于壓射速度(即壓射過程),而鑄件的內部質量和機械性能主要取決于增壓效果(即增壓過程),要想獲得高質量的壓鑄件,必須根據不同的情況對壓鑄過程中的所有工藝參數如壓射壓力和壓射速度等進行恰到好處的控制。相對國外的高科技,國內壓鑄工藝技術還很落后,針對這一現狀,國家計委設立“J11280型壓鑄機系統”為“八五”科技攻關項目之一。

    J11280型28000KN( 臥式冷室壓鑄機是國內壓鑄機廠設計試制的新產品,控制系統完成后,用戶廠家對機器的使用性能表示非常滿意。并且通過了國家計委鑒定,它是目前國產最大、最先進的壓鑄機。

    1 J11280型臥式冷室壓鑄機概述

    1.1 機器的組成部分

    J11280型臥式冷室壓鑄機主要由機身、電氣系統、壓射機構、合型機構、液壓系統五部分組成。其壓射系統工作原理圖如圖1所示。


圖1 壓鑄機壓射系統原理圖

    1.2 壓鑄機工作機理的分析

    完成一個鑄件的工藝過程為:動1插芯-動2插芯-合型-低壓合型-系統壓力鎖型-合型完成-靜插芯-慢壓-一快-二快(同時增壓)-(冷卻時間到)靜抽芯-開型-動2抽出-動1抽出-頂出前延時-頂出-頂出后延時-壓回-頂回-恢復原位-延時卸荷。如此重復循環進行鑄件生產。壓鑄機的每一個動作過程都可通過電磁閥的通斷,改變液壓系統的狀態,進行控制。

    2 工控機控制壓鑄機系統硬件系統設計

    2.1 硬件系統總體設計

    壓鑄機控制系統主要由工控機、開關量輸入板、開關量輸出板、模擬量輸入板、繼電器板及外圍輔助電路構成。其結構框圖見圖2。


圖2 壓鑄機控制系統結構

    工控機主要完成控制指令的發出和模擬量的運算。具體控制過程為:由行程開關和控制按鈕發出的開關信號指示出目前壓鑄機所做的動作,經過開關量輸入板進入工控機,通過定期讀取工控機相應端口,可檢測到壓鑄機工作的狀態,通過邏輯運算,形成相應的開關量輸出,再通過輸出繼電器板來控制壓鑄機電磁閥通斷電,控制壓鑄機的動作。開關量輸入和輸出為防止干擾均采用光電隔離輸入輸出,為32路入和26路出。

    2.2 工控機配置

    工業現場條件相對惡劣,最常見的問題是粉塵、輻射、電氣干擾等。在一些環境下還要防潮、防震、抗沖擊等。設計選用CONTEC公司生產的通用型工控機系列,它具有高可靠性電源裝置、高功率雙冷風扇制冷系統、帶濾網全鋼標準機箱、減震加固壓條裝置、14個插槽供I/O擴展,能夠適應生產環境的要求。詳見表1。

表1 工控機配置

    2.3 系統仿真

    由于系統存在許多非線性環節,如:液壓油、伺服閥等,這給系統的理論分析及優化設計帶來一定的困難,只能借助與計算機對系統進行仿真研究。由于壓射過程油缸活塞所受的阻力很小,在仿真過程中近似地認為壓射速度與進入油缸液壓油的體積成正比,即為比例環節。查閱相關手冊,確定參數。系統仿真結果如圖3所示。


圖3 系統仿真圖

    3 工控機控制壓鑄機系統軟件系統設計

    其程序模塊包括:壓鑄機驅動程序模塊、數字量檢測模塊、狀態顯示模塊、速度壓力曲線顯示模塊、故障診斷模塊、參數調整模塊、打印模塊、幫助模塊。

    本系統的設計中采用BORLAND c++作為程序開發語言。其中斷服務程序中的Interrupt_app()函數主要功能是由當前的輸入狀態依據邏輯規則形成新的控制字節,并送到相應的輸出端口,從而驅動相應的電磁閥得失電,達到完成壓鑄工藝過程的目的。因而Interrupt_app()函數主要由三個順序的部分組成:讀輸入狀態、進行邏輯運算形成控制字節、輸出控制字節。其設計由PLC梯形圖演化而來。如PLC梯形圖4。


圖4 PLC梯形圖

    其相應的轉換程序如下:

    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是一個如下的數據結構,它對應計時器:

    Struct counter
    {  int TC;         /*表示其觸點*/
       int use;       /*表示counter當前是否啟動標志*/
       unsigned long counter_max;    /*定時時間*/
       unsigned count;   /*記數值*/
    }  counter;

    延時斷開則為:counter.use=1時,counter.TC=1,counter.count每隔一定時間加1,與count_max相等時,counter.TC=0,停止計數;

    延時閉合則為counter.use=1時,counter.TC=0,當計時時間到后,令counter.TC=1,停止計數。

    壓鑄機具有調整、聯動兩種工作機制,每種工作制都有一定的動作順序。因而有兩種設計方案:

    1)步進制設計方案:在這種設計方案下,首先要研究控制壓鑄機動作的PLC流程圖,進而推導出每一種動作的可執行條件。在程序設計時,基于當前的工作狀態的基礎上,進行相應下一步動作的控制。

    2)按PLC控制機理進行設計方案:這種工作方式下,只需要將PLC梯形圖轉換成相應的程序語言,然后模擬按PLC的工作機理進行驅動程序設計。

    第二種工作方案采用的PLC流程圖在現場運行很長時間,容易保證控制的正確性,并且易于被現場技術工人理解和掌握。因而采用第二種設計方案。

    PLC的基本工作方式是在系統軟件的控制下,采用周期工作方式,也即掃描工作方式。它的操作系統是一個小型的實時系統軟件,具有自身的結構和特點,PLC在每次掃描期間,除了讀入各輸入點的狀態,用戶邏輯輸出控制信號外,還進行故障自診斷和處理與編程器、計算機等的通訊要求。

    4 結束語

    本文所設計出的系統有如下特點:①每秒2000次的狀態檢測,可以檢測到狀態的瞬息變化,并進行相應實時的控制;②系統中的狀態監控、故障診斷、壓力速度曲線顯示等功能,用戶可以對系統的工作狀況有一個及時全面的了解;③系統具有簡單的程序接口,用戶能夠很方便的進行系統的二次開發;④具有良好的用戶界面和簡單的系統操作。

    參考文獻
   
    [1] 戴忠達.自動控制理論基礎.清華大學出版社,1991
    [2] 金海明,羅云林.微機測控技術.煤炭工業出版社,1995
    [3] 諸靜.模糊控制原理與應用.機械工業出版社,1995
    [4] John Miano.BORLAND C++編程指南.電子工業出版社,1998

[整理編輯:CK365測控網]
標簽:  工控機[10]
 
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