垂直分型自動造型機(jī)的液壓伺服電氣控制系統(tǒng)

李長太，鐘 鵬，崔錦光，滕晶晶

（青島雙星鑄造機(jī)械有限公司，山東青島 266400）

垂直分型自動造型機(jī)的液壓伺服電氣控制系統(tǒng)

李長太，鐘 鵬，崔錦光，滕晶晶

（青島雙星鑄造機(jī)械有限公司，山東青島 266400）

采用伺服雙聯(lián)泵PID閉環(huán)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)了垂直分型自動造型機(jī)的運(yùn)行流暢，節(jié)能環(huán)保。結(jié)果表明，采用所提供的技術(shù)方案提高了鑄件的產(chǎn)品品質(zhì)，適合大量推廣應(yīng)用。

伺服雙聯(lián)泵；自動造型機(jī)；控制技術(shù)

1 垂直分型自動造型機(jī)簡介

垂直分型自動造型機(jī)是我公司消化吸收國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)，并結(jié)合我國鑄造行業(yè)特點(diǎn)而設(shè)計的機(jī)型。該機(jī)采用垂直射砂、雙面壓實(shí)的造型原理，可自動實(shí)現(xiàn)射砂、壓實(shí)、起模、合型等造型工序。適用于粘土砂鑄造工藝、中小鑄件的大批量生產(chǎn)，效率高，鑄件尺寸精確、表面品質(zhì)高。該機(jī)液壓系統(tǒng)采用伺服雙聯(lián)泵PID閉環(huán)控制，到達(dá)設(shè)定壓力自動控制大泵卸荷小泵壓實(shí)，電控系統(tǒng)采用高精度位移傳感器配合西門子PLC、觸摸屏自動調(diào)節(jié)伺服移動速度和壓力，程序控制通過調(diào)用優(yōu)化的PID模塊，使速度和壓力曲線更加柔和，定位更加精準(zhǔn)，合型精度誤差小于0.1 mm。通過以上控制技術(shù)可實(shí)現(xiàn)整機(jī)運(yùn)行噪聲小于85分貝，節(jié)電40%，動作運(yùn)行流暢，節(jié)能環(huán)保。

2 垂直分型自動造型機(jī)的工作過程及控制原理

造型機(jī)的工作過程由合腔、射砂、壓實(shí)、起模I、推出合型、起模II六個工序組成。這六個工序的自動循環(huán)由液壓、氣路、電氣聯(lián)合控制完成。液壓部分主要采用伺服電機(jī)帶動雙聯(lián)泵配合液壓閥的開關(guān)來分別控制正壓板油缸和反壓板油缸的進(jìn)出。其動作順序見表1。

氣路部分主要依照造型線的六個工序分別對射砂閥、排氣閥、砂閘閥等控制閥進(jìn)行開關(guān)控制，其動作順序見表2 。

表1 液壓閥動作順序

電氣系統(tǒng)根據(jù)造型機(jī)工序要求控制程序如下：

(1)合腔。反壓板關(guān)動作，一起隨動的位移傳感器發(fā)位置信號，到達(dá)分型劑開位置開分型劑閥，到定時值關(guān)；到達(dá)反壓板關(guān)位置反壓板停。

(2)射砂。砂閘門打開，感應(yīng)到開到位信號開啟加砂機(jī)，砂量通過電容式料位計檢測到料滿停加砂機(jī)；延時關(guān)閉砂閘門，感應(yīng)到關(guān)到位信號開密封氣囊閥；檢測到反壓板到達(dá)關(guān)位置信號后開啟射砂閥，到定時值關(guān)閉。

(3)壓實(shí)。排氣閥打開，檢測到開到位信號關(guān)閉；正壓板推出、反壓板關(guān)同時動作進(jìn)行壓實(shí)，壓力傳感器檢測到設(shè)定壓力值停止壓實(shí)動作。

表2 氣閥動作順序

(4)起模I。反壓板開動作，同時反壓板吹靜閥開，反壓板震動閥開（到定時值關(guān)），一起隨動的位移傳感器發(fā)位置信號，到達(dá)反壓板開位置反壓板停，反壓板吹靜閥關(guān)。

(5)推出合型。正壓板推出動作，推動砂型到達(dá)合型位置完成合型；延時同輔機(jī)同時推出砂型，到推出停止位停。

(6)起模II。壓砂型器閥開，壓住砂型，正壓板退回，到停止位停。

整機(jī)完成一個造型循環(huán)動作。

3 垂直分型自動造型機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計規(guī)劃

垂直分型自動造型機(jī)液壓系統(tǒng)選用力士樂液壓專用伺服電機(jī)控制，采用流量、壓力雙信號力矩模式，在泵組出口處設(shè)有一個4～20 mA壓力傳感器，模擬量信號接到伺服控制器信號輸入端，可根據(jù)流量、壓力輸入信號自動閉環(huán)調(diào)節(jié)伺服電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)油缸運(yùn)行速度、壓力無極可調(diào)。

電控系統(tǒng)選用西門子S7-300系列PLC作為程序控制中心，其輸入模塊為32點(diǎn)，輸出模塊采用32點(diǎn)晶體管輸出，控制元器件則為DC24V繼電器隔離；位移傳感器、壓力傳感器使用16位高速模擬量輸入模塊，可快速精準(zhǔn)的處理采集信號，其它選用12位模擬量輸入、輸出模塊；外部操作部分選用西門子精智型觸摸屏，實(shí)現(xiàn)可視化操作，顯示和調(diào)節(jié)各工序動作參數(shù)，操作面板設(shè)計為手動、自動，單次、連續(xù)，空載、負(fù)荷，有芯、無芯等操作模式。

造型線油缸動作根據(jù)工序的不同有慢速、快速和低壓、高壓的變化要求，這其中變化過渡的平滑性是困擾造型機(jī)生產(chǎn)廠家的難題。我公司通過選用以上硬件控制系統(tǒng)，配套PID程序軟件控制系統(tǒng)，極大改善了油缸動作變化的柔性過渡，降低了油缸的運(yùn)行噪音，提高了定位精度和延長了使用壽命。下面就程序軟件控制關(guān)鍵點(diǎn)做如下闡述：

(1)伺服電機(jī)根據(jù)伺服控制器的流量、壓力輸入信號的變化而改變轉(zhuǎn)速，輸入信號則是由PLC模擬量輸出模塊的0～10 V電壓提供，因此油缸改變速度和壓力時的平滑性跟PLC的模擬量輸出值的變化曲線有很大的關(guān)系，該控制程序采用在中斷循環(huán)塊OB35中調(diào)用西門子PID功能塊FB41，把當(dāng)前運(yùn)行速度和壓力設(shè)成PID反饋值，把需要達(dá)到的速度和壓力設(shè)成PID的給定值，編制相應(yīng)的輔助程序，把西門子專用PID功能塊改裝成了無極變速、變壓程序塊，配合位移傳感器位置信號平滑過渡到設(shè)定速度、壓力，從而達(dá)到油缸動作變化的柔性運(yùn)行。

(2)觸摸屏作為可視化操作界面，起到監(jiān)控和調(diào)整運(yùn)行參數(shù)的作用，在其界面上增加了速度、壓力設(shè)定和運(yùn)行數(shù)據(jù)曲線，PID調(diào)整參數(shù)輸入框，根據(jù)設(shè)定和運(yùn)行數(shù)據(jù)曲線的比較，適當(dāng)調(diào)整參數(shù)值，達(dá)到油缸理想的運(yùn)行效果，方便直觀。

4 結(jié)束語

垂直分型自動造型機(jī)采用上述液壓伺服電氣控制技術(shù)，降低了機(jī)器的故障率，節(jié)能環(huán)保。PID程序控制的創(chuàng)新，解決了造型線油缸動作變化的平滑性難題，提升了該機(jī)的合型定位精度。

Hydraulic servo electric control system of vertical parting type automatic molding machine

LI ChangTai,ZHONG Peng,CUI JinGuang,TENG JingJing
（Qingdao Double Star Casting Machinery Co., Ltd.，Qingdao 266400，Shandong,China）

：The PID closed loop control technology of the servo pump is adopted to realize the running smoothly, energy saving and environmental protection. Results show,Adopting the technical proposal provided by the method can improve the product quality of the casting, and is suitable for a large amount of popularization and application.

Servo double pump；Automatic molding machine；Control technology

TG231.6；

A；

1006-9658（2016）05-0070-02

10.3969/j.issn.1006-9658.2016.05.020

2016-05-09

稿件編號:1605-1362

李長太（1976—），男，總工程師，主要從事鑄造設(shè)備的研發(fā)、制造和技術(shù)管理工作.