基于S7—300的自动浇注系统的研究

摘 要：随着自动化技术的迅猛发展，铸造浇注工艺的自动化程度也越来越高，通过PLC来控制浇包的注入量的应用也越来越多。因此，该研究采用S7-300电气控制系统，利用变频器与伺服系统，通过PID算法对浇注机浇注量的实时修订，进而实现了自动化浇注。

关键词：浇注机；S7-300；变频器；伺服

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.11.055

0 引言

铸造是获得机械产品毛坯--铸件的主要工艺，也是机械装备制造业生产的重要基础环节[1]。原来最早是人工浇注，为了改善工作环境，把人从高温的工作情景中解放出来，电气控制的自动浇注系统应运而生，从而可以替代人工浇注，实现无人化自动工作。而且提高浇注的自动化程度，是实现高精度、高品质铸件生产的技术保证。

自动浇注系统的制造中出现了浇注钢水的液面位置的控制问题，也就是说原来人眼看的液面位置，现在要靠电气、机械的方法，自动分辨出钢水在每个砂芯的浇注量。纯电气的方法较难解决钢水注入量的精确控制，而如今大多数的自动浇注机，都是采用机械的方法--扇形铁水包浇注，通过伺服电机控制转运包的倾转角度来进而控制注入小浇包的钢水量[2]。也有的自动浇注机通过浇注小车下部的称重传感器来控制小浇包的钢水量。

本项目采用倾转式浇注机，通过伺服电机控制转运包的倾转角度来进而控制注入小浇包的钢水量。

1 技术方案

本项目的总体研究思路和方法是，在国内外已有的扇形倾转式浇注机为基础，深入解剖，各种自动浇注系统生产企业的产品，找到它们的优缺点，结合附近地区环境经济等因素，结合本地域自身的特点，制作相对适合的模具自动浇注系统。

设计自己的扇形倾转式浇注机的电气控制系统，利用PLC和变频器作为主要电气控制设备，设计编程控制器（PLC）的电气控制电路，并且编写可编程控制器（PLC）电气控制程序，设计人机界面编写触摸屏程序，从而能够自由命令浇注和停止浇注。

2 硬件设计

2.1 电气控制系统整体结构设计

本项目浇注机主要由电气控制系统、浇包、孕育剂给料机、卷扬机、倒铁水槽、上行车、下行车、底座等几部分组成[3]（见图2-1）。

2.2 电气控制系统选型

（1）PLC选择中型PLC--西门子S7-300作为主控单元。

（2）变频器选择西门子S120。SINAMICS S120 是一种高性能、高精度的变频器。软件功能强大，使其可适用于各种复杂场合。既能做伺服控制，也能做矢量控制，能实现速度控制、位置控制、转矩控制多种控制方式，同时能满足运动控制的要求。

（3）选择SEW伺服系统（驱动器及伺服电机）。该浇注机选择德国SEW伺服电机及其驱动器，及SEW减速机。 伺服是可以变速，扭力比普通电机大，但是当负载较大时，长时间运行对伺服电机影响不好，扭力也不够，加减速机主要作用是加大扭力，和减速作用。提高转矩，当负载很大时，一味的提高伺服电机的功率是很不划算的事情，所以在需要的速度范围内选适用的减速比的减速机才是合理的[4]。

（4）触摸屏选择西门子10寸工业屏。

3 电气控制系统浇注原理

3.1 浇注原理

自动浇注机根据“上升量”、“浇注时间”、“浇注量”这三个参数计算铁水的出铁量，来进行浇注[5]。一个循环的自动浇注过程如下所示：

上升---上升位置---浇注时间----下降---下降位置

[上升量] = [现在位置]+[上升量]

[下降量] = [上升量]—[浇注量]

[第一箱]

A1=操作者控制

B1=A1—（上升量—浇注量）

[第二箱]

A2=B1+上升量

B2=A2—（上升量—浇注量）

[第三箱]加了“+修正”的场合

A3=B2+上升量+修正量

B3=A3—（上升量—浇注量）

[第四箱]加了“—修正”的场合

A4=B3+上升量—修正量

B4=A4—（上升量—浇注量）

根据倾动的伺服电机得到的回转点来换算，计算控制“上升量”、“浇注量”。

3.2 与造型机联动

禁止送型信号---造型机[浇注结束]信号。

信号条件。

（1）浇注机倾动上升～下降结束。

（2）浇完（受汤中）。

（3）浇注机左右端处理时。

（4）换模处理时。

（5）接通禁止运送铸型选择开关时（浇注机电源OFF时，也禁止运送）。

（6）按下急停按扭时。

（7）异常时（左右小车热继电器、孕育机螺旋热继电器、伺服再生单亢异常、倾动伺服异常）。

开始浇注信号。

造型机信号（铸型·联动工序）。

造型机[可以浇注]信号（铸型·推出结束一侧输出信号）进行确认。

换模预告信号。

根据造好一定箱数的铸型后输出预告造型机[换模后最初的铸型] 。

3.3 人机界面控制

3.3.1 运行前确认事项

开始运行前，请确认下述事项：扇形浇包下降機械限位已装上；禁止铸型运送选择开关在禁止送型一侧；浇注口对准砂型的浇注口；浇包在原始位置。

3.3.2 开始浇注前

接通操作电源；输入浇注产品----操作触摸式控制面板；按下换模按扭，将第2号产品名输入到现在浇注品的品母上；将“禁止送型选择开关”置于“解除送型”一侧，造型机开始生产铸型；可以浇注的铸型到达浇注口时，让造型机停止运送铸型；往浇包中加铁水；将浇注选择开关置于“有”一侧，按下位置决定起动按扭，开始浇注；此后，以铸型运送相同的节拍，自动进行浇注。

3.3.3 触摸屏

在触摸屏上可以更改浇注过程中的控制量，可实现显示浇注过程中的速度、位置等数据。通常的浇注状态按该画面进行（见图3-2）。

4 项目应用及实施效果

基于S7-300的自动浇注机系统是一种无保温性左右倾转式浇注机，伺服电机控制的倾转角速度按照典型的流量—时间曲线运动，达到模拟人工浇注的最佳效果。全机械传动，结构简单。转换产品时，可输入已存储的相应浇注参数，并可在操作台上进行现场调整。浇注机可以做X、Y两个方向移动，上行车沿X方向移动（与造型线垂直方向），下行车沿Y方向移动（与造型线平行方向），变频系统进行控制。

系统的特点：

（1）浇注时，所需的基本功能系自动操作、其它功能为手动干预操作，并且以超性价比为第一目标而开发的自动浇注系统将浇注动作设定成自动时，就可以代替人工浇注、实现无人化工作，并且可改善作业环境。尤其是以浇注时间短的铸型为对象而开发的浇注程序。

（2）数据管理，通过参数控制浇注，根据模具的具体情况，设定参数，换模时，只需调出参数，即可浇注。

（3）重复定位精度高，可以均衡浇注。浇注铸件合格率达96%，浇注的准确度高达98%。

参考文献：

[1]吴兴纯，杨燕云，吴瑞武等.基于模糊PID控制算法的自动浇注系统设计[J].铸造技术，2011（12）.

[2]李兵，方敏，汪洪波.模糊PID液位控制系统的设计与实现[J].合肥工业大学学报（自然科学版），2006（11）.

[3]薛迎成，潘俊民.自动浇注铁水液位高度实时图像处理方法的研究[J].盐城工学院学报（自然科学版），2002（03）.

[4]薛迎成，潘俊民.实时专家控制在自动浇注系统中的应用[J].自动化仪表，2001（06）.

[5]程德芳，靳晨聪，王振霞.基于机器视觉的自动浇注机控制系统的研究[J].科技视界，2016（26）.

作者简介：刘勇（1978-），男，山东武城人，专科，二级实习指导教师，高级技师。

推荐访问:浇注 研究 系统 S7