基于PLC技术的离心铸造机电液压系统优化设计

2018-04-24齐景荣

现代制造技术与装备 2018年3期

齐景荣

（贵州工业职业技术学院，贵阳 550000）

在铸造模型中，将液体金属浇入且凝固成型的方法，便是离心铸造。其不可或缺的设备是离心铸造机，且铸件质量直接受到浇注平稳性及主机行走速度的影响。针对离心铸造机电液压系统，应用PLC技术进行控制，可将安装、调试设备所花费时间显著缩短，系统运行可靠性、稳定性更高，将整个控制系统的性能有效提升，避免控制系统产生可靠性差、响应速度慢等问题。本文对离心铸造机液压控制主要功能及控制原理进行综合分析，对基于PLC技术的优化设计方案进行介绍。

1 离心铸造机液压控制系统功能及原理

1.1 系统功能设计及实现

本文应用模块化设计方案，离心铸造机液压控制系统的功能模块如图1所示。人们主要应用PLC技术、工业控制计算机完成管理报表制作及离心铸造机远程监控，实时监控离心铸造机的振动状态、轴承温度等参数。不仅如此，计算机在离心铸造过程中，可对铸型金属液的温度曲线进行连续、自动记录。模拟量输入、程序显示与处理等操作环节，工况监控模块主要包括硬件自检、对串口通信的设置等工作。现场模拟量输入信号和产品工艺参数是模拟量输入模块的根据，人们据此可以计算输出铸件所需的转速。借助模拟量，人们还可对离心铸造机工作状态进行实时监测，同时输入离心铸造机温度、振动等信号，把电流、电压连续量转变成模拟量。

图1 液压控制系统软件功能模块

自整定模块是寻找检测的峰值。要想完成识别过程，需计算波形特征参数，并按照获取的参数进行过程相应。对比分析理想波形，完成一次完整的自整定操作，需按照偏差获得整定PID参数。此系统自整定PID控制流程，完成系统的最基本设置，事先通过初始化操作，之后进行自整定流程、数据采集和运算等操作。

1.2 控制原理

通过液压驱动，人们要掌握离心铸造机液压控制的基本原理，实现离心铸造机液压系统控制。对扇形浇铸包实施控制，应用的是液压马达，在直流电机的作用下，主机进行旋转，铸造铁水注入主机管道，沿着直线做匀速化运动。浇铸出壁厚均匀的铸件，保证主机直线行走、旋转速度和扇形浇铸包的速度，三者处于恒定的状态。C-POMUX P533是某离心铸造机配置的数字电磁直线编码器，可直接输出数字信号，同时可对铸造机行走位移实施检测，其控制流程如图2所示。

图2 原离心铸造机控制流程

2 基于PLC技术的离心铸造机电液压系统优化设计

2.1 电气控制方案

液压驱动是离心铸造机的主要动力来源，在电气层面，采用大流量恒压控制变量泵进行有效控制。拔管操作时液压油流量容易出现不足，可适当应用辅助动力源，确保工作中压力处于稳定状态，有效减少回路中的液压波动情况。在电气设备层面，控制离心铸造机行走及浇注系统，应用的是比例开环。除此之外，想要实现控制，还可应用压力继电器，确保压力保持正常范围。

2.2 PLC选型

当前，PLC型号较多，这些控制器具有不同的控制特点及功能。综合考虑液压系统的工作需要，PLC要满足运行速度快、效率好、控制精度高、成本低和工艺水平高等要求。笔者挑选的是西门子S7-200系列，因为PLC输出电流较小，该系列可以满足设计要求。PLC的输出端连接着各电磁阀，输入端连接着控制按钮及各个传感器，通过PLC控制液压缸液压控制系统达到工作稳定、精准的效果。

2.3 恒压控制的液压系统

离心铸造机液压系统要想实现恒压控制，可以采用双闭环直流调速系统，该系统具有较高的安全性，操作简单、便于维护。除此之外，直流电机的转速不会发生改变，因其不受负载改变的控制，拥有恒转矩负载能力。启动系统后，它可快速达到稳定运行的效果。PLC、调速装置和直流电机等是卧式直流调速系统的主要组成部分。直流调速装置具有数字显示、设定参数的职能，便于操作者实施控制。配置的预控制系统拥有较高的动态品质因数，在工频环境中可以灵活应用，能够适应腐蚀、高温等恶劣环境。

2.4 优化设计双闭环控制模式

卧式离心铸造机直流调速系统采用恒压控制，这和速度环、电流环相匹配。电机有较大机电惯性，电流处于上升状态，将输入电压突然增加，则最小相限制电压会快速达到。假设给定电压加在电流输入端，在较短时间内，直流电机的电流将达到预设最大电枢电流，因整流输出电压较大，电流调节器输出端电压会显著提升。基于此，给定电压和电流反馈处于平衡状态。在电流上升为最大值的过程中，速度调节器处于饱和状态，转速反馈不起任何作用。所以，需促使电流保持恒定状态，反电动势、转速会按照一定的线性规律升高，系统可按恒定的加速度上升。如果电流环产生作用，通过电流调节输出的电压，按照反电动势线性渐增规律补偿电动势，保障电流的稳定性。