綜合運(yùn)用PLC 技術(shù)和計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制設(shè)計(jì)差壓鑄造過程自動(dòng)化控制系統(tǒng)

童保軍

（廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 韶關(guān) 512126）

差壓鑄造是一種先進(jìn)的生產(chǎn)工藝，但是鑄造效率和鑄件質(zhì)量都較容易受到多種因素的影響，其中氣路系統(tǒng)對(duì)鑄件質(zhì)量有較為直接的影響。在工業(yè)自動(dòng)化控制技術(shù)飛速發(fā)展的今天，自動(dòng)化控制技術(shù)已經(jīng)廣泛地運(yùn)用到現(xiàn)代鑄造業(yè)中，而將PLC 技術(shù)與計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制綜合運(yùn)用到差壓鑄造，建立自動(dòng)化控制系統(tǒng)，不僅能夠提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，還能夠降低大維修的幾率，更能夠提高鑄件的質(zhì)量。可見，基于PLC技術(shù)和計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制的差壓鑄造過程自動(dòng)化控制系統(tǒng)的研究，具有重要意義。

1 差壓鑄造設(shè)備的特征

差壓鑄造技術(shù)應(yīng)用的范圍越來越廣泛，而要想差壓鑄造技術(shù)獲得更好地發(fā)展，就要結(jié)合先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新研究，不斷地提高差壓鑄造技術(shù)的水平，提升鑄件的質(zhì)量。

1.1 差壓鑄造金屬液

差壓鑄造金屬液往往是在密封罐內(nèi)，在一定氣體壓力下充型，進(jìn)而形成高質(zhì)量的鑄件，因此帶來一系列有利于獲得高質(zhì)量鑄件的因素，可以歸納為四個(gè)方面：一是高壓氣體作用下金屬液凝固，抑制了析出性氣孔的形成；二是鑄型內(nèi)的壓力小于金屬液表面的氣壓，消除了鑄造的一些缺陷，如縮松、縮孔等，同時(shí)還提升了鑄件的力學(xué)性能；三是鑄型內(nèi)部氣壓作用于金屬液表面，加大了氣體氣膜的密度，進(jìn)而有效地改善了鑄件的表面質(zhì)量；四是能用氣體作用于合金元素，氣體高壓下，有助于提高氣體的溶解度，使氣體溶解于金屬液中，進(jìn)而使合金的耐磨性能得到提升。

1.2 差壓鑄造金屬型

差壓鑄造也可以選擇鑄造金屬型，而實(shí)踐中，生產(chǎn)量較小時(shí)，往往會(huì)選擇砂型鑄造；反之，生產(chǎn)量較大時(shí)，往往會(huì)選擇金屬型。目前，國(guó)內(nèi)對(duì)鑄件的重量并未有一個(gè)明確、特定的限制，其中最大的鑄造件的直徑為540mm、厚度為8mm，且常用的鑄造合金材料有鑄鋼、鋅合金、鋁合金等。

2 差壓鑄造氣路自動(dòng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

差壓鑄造自動(dòng)化控制系統(tǒng)主要有5 個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成，分別為：氣源系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、壓縮系統(tǒng)、進(jìn)氣系統(tǒng)以及過濾系統(tǒng)。而差壓鑄造設(shè)備可以分為主體和輔助這兩大部分，如圖1。結(jié)合圖1 發(fā)現(xiàn)主體部分主要包括上密封罐、下密封罐、中間隔板以及升液管等；而輔助部分主要包括壓力表、安全閥、氣路控制系統(tǒng)以及壓縮機(jī)等。其中，密封罐往往會(huì)安置在保溫爐的上方，且上、下密封罐同時(shí)作用下，壓力同步后，上密封罐就會(huì)排除提起，形成氣壓差，實(shí)現(xiàn)充型。

圖1 差壓鑄造氣路系統(tǒng)

3 差壓鑄造氣路自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

氣路控制系統(tǒng)是差壓鑄造過程自動(dòng)控制系統(tǒng)的子系統(tǒng)之一，它主要由氣源過濾、進(jìn)氣調(diào)壓以及排氣這三個(gè)子系統(tǒng)組成，所以在設(shè)計(jì)氣路自動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)，可以分為設(shè)計(jì)氣源過濾系統(tǒng)、進(jìn)氣調(diào)壓系統(tǒng)以及排氣系統(tǒng)這三部分進(jìn)行完成。該系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖，如圖2。

圖2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

3.1 氣源過濾系統(tǒng)設(shè)計(jì)

差壓鑄造的動(dòng)力來源于“壓縮空氣”，但由于空氣不夠潔凈，夾雜著水分與油性物質(zhì)，所以在空氣進(jìn)入系統(tǒng)之前，要進(jìn)行妥善地處理，確保進(jìn)入底座的空氣潔凈，進(jìn)而確保鑄造設(shè)備能夠正常運(yùn)行，同時(shí)還能夠確保鑄件質(zhì)量，甚至為提高鑄件質(zhì)量奠定良好的基礎(chǔ)。處理空氣時(shí)，一般會(huì)綜合運(yùn)用冷卻吸附干燥機(jī)和油水分離器，確?？諝庵械乃⒂托晕镔|(zhì)得到分離。除此之外，差壓鑄造需要源源不斷地潔凈空氣，才能夠確保整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)行，因此要采用先進(jìn)的技術(shù)，提高壓縮空氣的穩(wěn)定性，進(jìn)而確保系統(tǒng)運(yùn)行過程中壓力的穩(wěn)定性。在設(shè)計(jì)時(shí)，系統(tǒng)采用的儲(chǔ)氣罐體積要大于上、下密封罐體積之間，即：，并且經(jīng)過處理后得到的壓縮空氣需要進(jìn)行深入的凈化處理，大致可以分為兩種情況：如若差壓鑄造系統(tǒng)中的管徑小于1 時(shí)，壓縮空氣就需要經(jīng)過減壓閥、過濾器等設(shè)備進(jìn)行深入地凈化；反之如若差壓鑄造系統(tǒng)中的管徑超過1 時(shí)，壓縮空氣則需要集中設(shè)備同時(shí)使用。

3.2 進(jìn)氣調(diào)壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

進(jìn)氣調(diào)壓系統(tǒng)一般由上密封罐、下密封罐、節(jié)流閥及管道等組成，它在正常運(yùn)作時(shí)，壓縮氣體會(huì)同時(shí)進(jìn)入到上密封罐和下密封罐中，待等上密封罐與下密封罐壓力平衡（即：后，調(diào)整閥門，達(dá)到上密封罐壓力減小或者下密封罐壓力增大效果，簡(jiǎn)單來講就是上、下密封罐產(chǎn)生“壓力差”。但是，如若進(jìn)氣管道的路徑設(shè)計(jì)并不一致，甚至存在差異的情況下，那么上、下密封罐雖同時(shí)進(jìn)氣，卻仍舊會(huì)存在“壓力差”，因此在設(shè)計(jì)時(shí)，一定要認(rèn)識(shí)到管路設(shè)計(jì)合理的重要性，進(jìn)而結(jié)合實(shí)況進(jìn)行恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)。如若上密封罐壓力過大時(shí)，鑄造金屬液就出現(xiàn)氣泡；反之如若上密封罐壓力過小時(shí)，鑄造金屬液就會(huì)提前充型。上述兩種情況，都不利于鑄件質(zhì)量的提高。

結(jié)合圖1，進(jìn)氣時(shí)，可以將電磁閥L1、L2 以及L3 這三個(gè)閥門同時(shí)打開，待等密封罐聯(lián)通滿足壓力需求后，將電磁閥L1、L2 以及L3 關(guān)閉。進(jìn)氣結(jié)束后，首先將電磁閥L5 打開；然后在按照順序打開電磁閥L6、L7、L8 這三個(gè)閥門，使上密封罐壓力減小，進(jìn)而形成壓力差，使鑄造金屬液開始上升，直至完成充型這一工藝。結(jié)合設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)運(yùn)作過程中，要按照順序調(diào)節(jié)J6、J7、J8 這三個(gè)節(jié)流閥。如若系統(tǒng)未出現(xiàn)明顯氣壓泄露，則僅需要輕微調(diào)整節(jié)流閥。無論設(shè)計(jì)如何完美，在系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行過程中，密封罐都不能夠絕對(duì)密封，往往會(huì)出現(xiàn)壓力逐漸下降的情況，因此要及時(shí)調(diào)整節(jié)流閥J9，確保密封罐壓力差的穩(wěn)定性，促使系統(tǒng)正常運(yùn)行，保證鑄件質(zhì)量，更為提高鑄件質(zhì)量和工作效率奠定良好基礎(chǔ)。

3.3 排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

排氣系統(tǒng)是差壓鑄造的最后一道工序。穩(wěn)定“壓力差”工序完成后，打開電磁閥L3，對(duì)電磁閥與節(jié)流閥進(jìn)行整合調(diào)整，進(jìn)而使上密封罐與下密封罐的壓力達(dá)到平衡狀態(tài)，基于此將氣體排出。如若差壓鑄造過程中，發(fā)生了意外事件，那么就需要采用手動(dòng)方式，對(duì)排氣閥門進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)行緊急泄壓。在實(shí)際操作過程中，不能將電磁閥L3 打開，否則會(huì)導(dǎo)致壓力驟變，進(jìn)而造成無法估量的后果，因此要通過調(diào)整節(jié)流閥J3,使上密封罐壓力與下密封罐壓力，即：后，將電磁閥L4 打開，進(jìn)行排氣。如若，上密封罐與下密封罐之間連接失敗后，就要打開調(diào)節(jié)閥J4 進(jìn)行聯(lián)通。

4 結(jié)語

結(jié)合實(shí)況，運(yùn)用PLC 技術(shù)與計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制，建立的差壓鑄造過程自動(dòng)化控制系統(tǒng)，卻能夠?qū)崿F(xiàn)“控制”差壓鑄造過程的目標(biāo)。將該系統(tǒng)應(yīng)用于實(shí)踐中，不僅能夠提高穩(wěn)定性，降低鑄造設(shè)備大維修的幾率，還能夠提高鑄件質(zhì)量，更重要的是系統(tǒng)具有操作簡(jiǎn)單的特征，能夠提高差壓鑄造的生產(chǎn)力。簡(jiǎn)單來講，該系統(tǒng)較為適應(yīng)當(dāng)前地經(jīng)濟(jì)體制，更是社會(huì)發(fā)展的需求，促使鑄造業(yè)獲得一個(gè)更好地發(fā)展。