工控网首页
>

应用设计

>

基于PLC的消失模铸造泡沫模样成型装置研制

基于PLC的消失模铸造泡沫模样成型装置研制

2006/5/30 8:26:00
摘 要:介绍了消失模铸造泡沫模样的成型过程。采用可编程控制器为主要控制元件,研制出一台泡沫模样成型控制装置,并对控制系统的硬件和软件构成、控制方式及特点作了详细介绍。最后利用该控制装置制作出表面光洁的优质泡沫模样。 关键词:消失模铸造;可编程控制器;泡沫模样   消失模铸造以其精确成形、清洁生产及为铸件结构设计提供充分自由度这三大特点而被誉为是“代表二十一世纪的铸造新技术”、“铸造的绿色工程”。一般来说,消失模铸造泡沫模样成型装置有两种:蒸缸和成型机[1,2]。 传统的蒸缸成型方法是将模具放入蒸缸内,通蒸汽进行发泡成型。采用该方法对设备投资不高,因此特别适宜于发泡模具试模,而且能快速提供泡沫样件。但这种方法存在制模时间长,劳动强度大,模样含水量大以及工艺不易控制等缺点。对于中大件或要求产量较多的泡沫模样而言,一般采用机械成型机来制作。但国内外开发的自动成型机造价昂贵,一般中小型企业不易购买,不适合于生产使用。   针对以上存在的问题,充分利用PLC的简便性和可靠性,将其作为主要的控制元件,并结合其它电气元件设计制造出一台成型控制装置,一旦成型发泡过程的具体工艺参数调整好,在整个生产过程中,成型发泡过程将自动进行,既降低了劳动强度和工作危险性,又提高了劳动生产率和成品率。而且该控制装置可用于蒸缸成型和机械成型机成型,做到了一机两用。 1 泡沫模样的成型工艺过程   泡沫模样的成型是在机械和力的作用下实现的。预发好的泡沫珠粒射入模具型腔内,经力和热的作用,形成泡沫模样。图1是泡沫模样成型控制系统图。该控制系统由固定汽室、可动汽室、蒸汽管路、冷却水管路、排放管路、真空管路及一些相应的电磁阀及汽控阀等组成。
  固定汽室和可动汽室是机械系统的主体部分,内有空腔,可通水蒸汽、冷却水等。在两室互相贴近的表面上,各装有一铝制模块。当两室靠近时,两模块形成的空间就是所要求的铸件形状,泡沫模样就在此发泡成型。两金属室平时处于开启状态,成型时,可动汽室移向固定汽室,闭合后即可工作。其它部件的作用是:蒸汽管路为制模过程提供热源。冷却水管路为两金属汽室供冷却水,用于泡沫模的冷却。排放管路用于排放蒸汽及冷却水。真空装置的作用是吸收模样中的水分。   泡沫模样的成型过程可分为五个阶段:即进料阶段、蒸汽加热阶段、冷却阶段、真空干燥阶段和脱模阶段。控制系统中,由PLC控制电磁阀(1-6)的开关,电磁阀的导通使得压缩空气进入相应的汽动阀(A-F)阀门顶部,导致汽控阀工作,从而使得成型过程按事先设定的程序自动进行。 2 控制系统硬件组成 2.1 可编程控制器(PLC)的选用   本控制系统选用西门子公司生产的S7-200系列可编程控制器(PLC)为主要控制元件。由于具有紧凑的设计、良好的扩展能力、低廉的价格以及强大的指令,使得S7-200可以近乎完美地满足小规模的控制要求。而且易于修改控制功能,设备维修也十分方便可靠。   中央处理器CPU是PLC的大脑。本装置采用的CPU222(AC/DC/继电器)是S7-200系列PLC中的典型产品,其输出部分可直接接220V的电磁阀,无须进行中间转换。它的基本单元有8个输入和6个输出,并可以扩展至40个数字量输入和38个数字量输出, 8个模拟量输入和4个模拟量输出。   CPU接收用户程序和数据,存入随机存储器RAM中,CPU按扫描方式工作,从0000首地址存放的第一条用户程序开始,到用户最后一条存放的地址为止,不停的作周期性扫描,每扫描一次,用户程序就执行一次。   输入输出部分是PLC与被控设备和控制开关相连接的接口电路,本部分的动作正确与否关系到控制过程能否准确完成。控制中所有的限位开关、操作按钮、选择开关、行程开关以及一些传感器输出的信号均要通过输入部分转换成PLC可接收的信号,而CPU处理后的信号需通过输出部分转换成控制现场需要的信号以驱动电磁阀、接触器、电机等被控设备的执行元件。   文本显示器TD200显示S7-200CPU允许的信息,可输入和修改过程参数,即控制过程中各个动作的时间参数。当控制系统得电后,TD200显示屏上显示主菜单,指示如何对控制过程进行操作。由此可见TD200给发泡成型过程中的工艺参数的设定和调整带来了极大的便利。 2.2 控制装置电路图及电气元件   根据图1的控制系统流程原理,以PLC为控制系统的主要控制元件,并采用常规的接触器和电磁阀组成泡沫模样成型装置的控制系统。其控制电路如图2所示。   在该控制系统中,压力表和电磁阀选用台湾AIRTAC公司的产品,气控阀选用上海华治公司的产品,可以实现装置的相应功能。其中,蒸汽管道压力大小的控制是本装置的重要环节,系统中采用调压表和反馈阀进行反馈控制来较精确地控制管道蒸汽压力的大小。
3 控制系统软件设计 控制系统的软件也是系统能否成功应用的关键。软件包括两个部分,一是系统软件,另一是应用软件。前者是可编程控制器本身所具有的,后者是针对具体控制过程而编制的。它决定控制系统是否能满足技术要求和系统使用的难易程度。本系统应用软件使用的是STEP 7-Micro/WIN32(它是德国西门子公司为其产品专门设计的一种语言),采用梯形逻辑编程器及SIMMATIC指令集进行编程。程序在编制中采用模块化结构,使各动作互不干扰,且有易于修改和扩充功能的优点。 3.1 PLC的输入信号和输出信号及其I/O口分配 PLC的输入信号主要是针对模具预热和真空辅助射料而言,因此PLC的输入端口连接到两个按扭开关;PLC的输出部分是控制6个电磁阀,电磁阀控制相应的气控阀。从而实现电-气-执行元件的二次转换。该装置的输入信号和输出信号以及I/O口分配如表1所示。
3.2 控制流程   PLC的程序运行方式是循环扫描方式,而非顺序执行方式。首次扫描时初始化一些功能,然后接受参数的输入,选定工作方式,确认后按照预定的工作方式工作。   图3是控制过程的流程图。通电后,控制系统的文本显示器和操作员界面TD200显示主菜单、设定好过程参数、选择自动方式或手动方式等操作方法。自动方式是指控制系统自动控制泡塑模成型过程。手动方式主要是针对模具预热和真空辅助射料而设计的。自动方式和手动方式的选择完全由TD200上的功能键来实现。   选择手动方式时,可编程控制器的CPU扫描程序中的手动方式模块,TD200显示手动操作菜单,指示手动操作的各个步骤及其操作方法。用户可根据需要进行模具预热、真空辅助射料等操作。
  选择自动方式时,TD200指示如何进入自动操作方式。当确认键F2按下后,制模过程根据程序自动进行,从一次加热开始,经加热程序模块、冷却程序模块,一直到脱模程序模块结束。整个过程总共有9个动作。过程中各个动作的转换主要是靠定时器来实现。例如,在蒸汽加热阶段,从一次加热到二次加热的转换。因此在程序编制过程中,针对没有位置变化的动作,都设计了一个软件定时器,设置有可以改变的定时时间常数。当某一动作开始后,其相应的软件定时器即开始延时操作,当达到设定的时间后,CPU自动转入执行下一程序动作。各个动作时间常数的大小可根据对泡塑模的质量要求来设定,并且可随时进行调整。各动作时间参数的调节可按TD200的F1键进行设定。   以时间常数来实现过程中动作的转换,这种控制方式实质上还是一种开环控制方式。为了控制泡塑模的成型质量,控制系统也可应用闭环控制方式。这种方式是在蒸汽加热阶段利用反馈阀来较精确的控制进入模具气室或机械蒸缸内的管道蒸汽压力。方法是事先用调压表设定一个压力值,并与模具气室或蒸缸内的蒸汽压力进行比较,当蒸汽压力大于设定的压缩空气压力值时,反馈阀关闭,切断进入气控阀的压缩空气,从而使气控阀关闭,蒸汽就不能进入气室或机械蒸缸内。使用这种复合控制方式,可明显提高泡沫模样的成型质量。 3.3 编程   PLC可以实现精确的时间控制,其相应的编程则十分方便并且有很大灵活性。本装置的实现主要有两方面的编程,TD200的组态和实现程序的梯形图。TD200的组态主要是功能键的分配、消息的编写以及参数的设定。 TD200是一个文本显示设备,显示S7-200 CPU允许的信息。存储在TD200里的操作参数是TD200的地址、CPU的地址、波特率和参数块的位置。TD200组态存储在CPU可变存储器(V存储器)里的一个TD200参数块。TD200的操作参数,例如语言、更新速率、信息和信息使能位,存储在CPU中的TD200参数块内[4]。 上电后,TD200从CPU读参数块。对所有参数均进行合法性检查。如果一切合格,TD200开始主动轮询信息使能位以决定要显示的信息,并从CPU读取信息,然后显示信息。这里用到的消息有两种,一是提醒操作者的提示性消息;二是过程参数时间调整及修改的消息,如一次加热时间、冷却时间等。 程序功能块的划分: (1)首次扫描作一些初始化工作,如显示工作消息及初始化所有成型工序。 (2)按下F1键后是工作参数的设定,如一次加热时间、二次加热时间、冷却时间等参数的设定。程序此时主要是接受用户的输入信息。 (3)确认后,程序按设定的参数置通电磁阀控制气源开关的时间和操作的方式,如需进行机械立式蒸缸发泡成型,只需把无关的相应参数时间设置为零即可。例如可把模具预热时间、真空辅助射料时间、二次冷却时间设为零。如要进行简易立式成型机发泡成型,可按F3进入自动操作方式,按F2确定后,自动操作方式自动进行。 (4)完成预定的动作循环后,控制电磁阀端口置零关闭气源,并重新等待操作者的
投诉建议

提交

查看更多评论
其他资讯

查看更多

智光节能内蒙古阿拉善左旗瀛海建材余热发电机组首次启动成功

智光电气台州电厂给水泵系统节能改造项目成功投运

智光节能荣登2014年度全国节能服务公司百强榜第五位

索引程序编程凸轮表

奥越信300系列PLC手册