袁群松 高晶

摘要：結(jié)合低壓鑄造工藝中對控制模具溫度和液面壓力等要求，應(yīng)使用自動化控制技術(shù)、PLC技術(shù)和傳感器技術(shù)來實(shí)現(xiàn)低壓鑄造控制系統(tǒng)的自動化功能。該文對設(shè)計(jì)系統(tǒng)的方案、設(shè)備選型和調(diào)節(jié)壓力等方面效能的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了深入探討，希望能夠?qū)崿F(xiàn)低壓鑄造控制系統(tǒng)的各方面功能，更好地促進(jìn)我國社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：低壓鑄造；控制系統(tǒng)；計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)方法

中圖分類號：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）08-0190-02

當(dāng)前低壓鑄造系統(tǒng)被廣泛應(yīng)在汽車、機(jī)械制造和航天等各個(gè)領(lǐng)域中，特別是在汽車領(lǐng)域中得到了更為普遍的應(yīng)用，對推動我國社會經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)?？梢哉f低壓鑄造工藝對鑄件的整體質(zhì)量有著很大的影響，有關(guān)工作人員越發(fā)重視在充型環(huán)節(jié)與凝固環(huán)節(jié)中低壓鑄造工藝所發(fā)揮的作用。在這樣的實(shí)際情況下，本文先分析了低壓鑄造系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，然后分析了硬件系統(tǒng)的選型，最后分析了控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，發(fā)現(xiàn)低壓鑄造生產(chǎn)出來的鑄件因?yàn)椴恍枰M(jìn)行澆道設(shè)計(jì)，而具有材料使用率強(qiáng)、成形質(zhì)量高、容易澆筑等優(yōu)勢，可見低壓鑄造系統(tǒng)有著很高的應(yīng)用價(jià)值，應(yīng)挖掘其更多方面的應(yīng)用潛能。

1 設(shè)計(jì)低壓鑄造控制系統(tǒng)的整體

機(jī)體、開合型、控制系統(tǒng)三個(gè)部分共同構(gòu)成低壓鑄造機(jī)，其中專職于保存鋁合金溶液的機(jī)體部分由保溫爐和承壓密封器兩個(gè)組件組成，呈現(xiàn)膠合的形式。第二部分是開合型裝置，其通過放置過程和取出過程來完成鑄件動作，是決定鑄造機(jī)工作水平的關(guān)鍵。最后，作為實(shí)現(xiàn)鑄造機(jī)自動化的關(guān)鍵和基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)，運(yùn)用專項(xiàng)技術(shù)和多種不同方式來保證鑄造機(jī)按照系統(tǒng)動作運(yùn)行，嚴(yán)格控制施工工程，保證壓力與控制保壓。機(jī)器開始低壓鑄造時(shí)，澆筑環(huán)節(jié)中扮演著重要的角色，發(fā)揮著不可代替的作用，從另一個(gè)方面上來講，在低壓鑄造工作中澆筑環(huán)節(jié)是不能缺少的，也是工作人員應(yīng)高度重視的，這個(gè)環(huán)節(jié)關(guān)系著鑄造產(chǎn)品的整體質(zhì)量，也關(guān)系著企業(yè)的實(shí)際效益。澆筑環(huán)節(jié)共包括六個(gè)階段，即：升液階段、充型階段、增壓階段、保壓階段、卸壓階段、冷卻階段，每一個(gè)階段都影響著鑄造產(chǎn)品質(zhì)量，可見無論在哪一個(gè)階段中，其工作人員都應(yīng)高度注意，避免出現(xiàn)問題，進(jìn)而影響了鑄造產(chǎn)品的整體質(zhì)量，一旦鑄造出來的產(chǎn)品不符合相應(yīng)的具體產(chǎn)品要求，必然會影響著企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，也影響著企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，所以，在實(shí)際工作中，鑄造產(chǎn)品的每項(xiàng)工作都需要工作人員認(rèn)真和仔細(xì)，切實(shí)做好鑄造產(chǎn)品的各項(xiàng)工作，從最大程度上保證鑄造產(chǎn)品的質(zhì)量?？梢?，低壓鑄造機(jī)實(shí)現(xiàn)自動控制的重中之重就是保證溫度與壓力，使兩者達(dá)到均衡狀態(tài)。因?yàn)榭刂茐毫捅ＷC精度需要一定的層次要求，而在其中冷卻與加壓部分相輔相成共同構(gòu)成了完整的控制系統(tǒng)，要求儀器達(dá)到100 Pa 級后更好的控制系統(tǒng)的精度，在此系統(tǒng)中使用了性能高、質(zhì)量高的控制板卡，與此相對，液面壓力所需要的精度要求較低，呈現(xiàn)低精度要求狀態(tài)，其工作原理是使用PLC技術(shù)來保證溫度，并以此來實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、均衡的控制狀態(tài)。工控機(jī)，是低壓鑄造機(jī)正常使用的關(guān)鍵，通過控制系統(tǒng)來控制整個(gè)液面的實(shí)際溫度和實(shí)際壓力，使用數(shù)據(jù)采集卡來檢測液面中的壓力，應(yīng)以數(shù)字組合閥為主，來調(diào)節(jié)液面中的壓力。溫度檢測在溫度傳感器檢測下使PLC深入處理數(shù)據(jù)信息，并在冷卻電磁閥操作下完成調(diào)節(jié)溫度的工作。

2 硬件系統(tǒng)選型具體工序

pcld-782b、pcl-724、pcl-726、pcld-880，pcld-885，，pcl-812共同組成本文中所說的系統(tǒng)硬件的結(jié)構(gòu)，許許多多的工控板共同組成了計(jì)算機(jī)調(diào)壓系統(tǒng)、鑄造系統(tǒng)、控制系統(tǒng)。在此系統(tǒng)中包括壓力罐內(nèi)部的氣體壓力輸入量、上壓腔內(nèi)氣體壓力輸入量、真空罐內(nèi)氣體壓力輸入量等多個(gè)輸入量。下面內(nèi)容闡述所選用的工控板。在指定的PCB區(qū)域內(nèi)安裝上無源器件，并構(gòu)建起相應(yīng)的調(diào)理信號電路，這樣就便于將在端子板專門區(qū)域內(nèi)安裝上電阻或者電容，建立起相應(yīng)的低通濾波器。在本調(diào)壓鑄造結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)里，在考慮系統(tǒng)的因素上，再加上一些環(huán)境噪聲的影響，必須要將超過100Hz的噪聲濾除，通過計(jì)算在此板塊內(nèi)部中所添加上的低通濾波器，這樣可得出濾除噪聲的實(shí)際效果。在此系統(tǒng)里，鑄造系統(tǒng)中的氣壓通過傳感器轉(zhuǎn)化為電壓后，通過880由812轉(zhuǎn)化成為輸入數(shù)字量的計(jì)算機(jī)。PCLD- 782B24路光隔離數(shù)字輸入板，在此輸入板中各個(gè)通道內(nèi)都有高壓電的光隔離板起到保護(hù)作用。計(jì)算機(jī)結(jié)合782中所輸入的電磁閥的狀態(tài)來判定此系統(tǒng)是否處于正常工作狀況，如果沒有在正常工作狀態(tài)中，那么需要在第一時(shí)間內(nèi)發(fā)出報(bào)警信號，待發(fā)出報(bào)警信號后，有關(guān)工作人員應(yīng)及時(shí)對鑄造控制系統(tǒng)存在的障礙進(jìn)行排查，及時(shí)處理掉障礙，確保此系統(tǒng)的穩(wěn)定正常運(yùn)作，保證鑄造出產(chǎn)品的質(zhì)量。作為新型的，有著16個(gè)SPST繼電器的高功率型繼電器板，其系統(tǒng)繁雜但卻有序，這里的885連接著13路電磁閥，更有著724電磁閥，紛繁的運(yùn)行系統(tǒng)真正做到了穩(wěn)定的724的輸出控制與885控制相結(jié)合，電磁閥狀態(tài)更新化、更優(yōu)化。通過PCL-72424位數(shù)字進(jìn)行的緩沖電路，仿真8255的穩(wěn)定輸入與輸出，不僅能提供穩(wěn)定的緩沖電路，更能進(jìn)行中斷處理，保證系統(tǒng)穩(wěn)定輸出狀態(tài)。

3 軟件控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

在開始運(yùn)行主程序后，首先工控板進(jìn)行初始化工作，然后進(jìn)行對串口狀態(tài)進(jìn)行讀取，接收上位機(jī)中所發(fā)出的數(shù)據(jù)，在收到數(shù)據(jù)后，主程序?qū)嵤幚?，提取在幀處理中的信息，但在這里需要明確的是，提取信息并不是將所有信息都提取出來，而應(yīng)該提取出有用的、有效的信息，這樣才能方便后續(xù)的工作，如果將所有的信息都提取出來，那么會給幀處理信息帶來很多麻煩，從而影響著幀處理工作的順利進(jìn)行，也會影響著軟件控制系統(tǒng)的運(yùn)作；結(jié)合通訊協(xié)議調(diào)用命令處理模塊要求，實(shí)施相應(yīng)的具體操作。下位機(jī)中的主程序需要在接到上位機(jī)命令后才能退出。下位機(jī)程序一般都會使用bc31編輯器下dos.h頭文件中三個(gè)庫函數(shù)，分別是biscom函數(shù)、inportb函數(shù)、outportb函數(shù)。每個(gè)函數(shù)在傳輸和接收數(shù)據(jù)中都發(fā)揮著不同的作用，互輔互成、缺一不可。其inportb函數(shù)返回指的是從某一接口讀入一個(gè)字節(jié)；outportb從某個(gè)接口中輸出某個(gè)字節(jié)；biscom函數(shù)負(fù)責(zé)模塊化發(fā)送和接受的數(shù)據(jù)幀。此通信協(xié)議中的幀中包括控制字節(jié)、幀首標(biāo)志字節(jié)、幀校驗(yàn)字節(jié)、有效數(shù)據(jù)段字節(jié)、幀尾標(biāo)志字節(jié)等。其下位機(jī)程序共有四個(gè)通信系列函數(shù)、硬件初始化、控制參數(shù)計(jì)算、鑄造流程等部分所組合而成，這些部分支撐著下位機(jī)程序正常工作，每一部分都具有其功能，有關(guān)工作人員應(yīng)對每部分的功能都熟知，這樣有利于低壓鑄造控制系統(tǒng)自動化的實(shí)現(xiàn)。一是，通信系列的函數(shù)：在此函數(shù)中包括很多項(xiàng)操作，如：接收和發(fā)送幀操作，處理幀操作等。二是，初始化硬件：這其中包括初始化724、串口、8253等操作，還包括調(diào)試812。三是，鑄造的具體工作流程：其流程包括開真空泵，升液和報(bào)壓等，還要獲取一些理論數(shù)據(jù)，并傳輸一些理論數(shù)據(jù)，獲得與PID有關(guān)的參數(shù)，畫出對應(yīng)的函數(shù)，復(fù)位和退出流程有關(guān)的函數(shù)。四是，控制參數(shù)計(jì)算和標(biāo)零：對將氣壓轉(zhuǎn)化為電壓的傳感器進(jìn)行標(biāo)零，使用反饋控制方法，結(jié)合具體誤差情況對控制參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。上位機(jī)系統(tǒng)軟件中包括多個(gè)模塊，每一個(gè)模塊在上位機(jī)系統(tǒng)中都不可或缺，其模塊包括：人機(jī)界面模塊、輸入曲線模塊、工藝流程模塊、處理數(shù)據(jù)模塊等。通過有關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在上位機(jī)軟件編寫中應(yīng)使用LabView方法，完成輸入控制曲線和發(fā)送指令等功能，同時(shí)還需要完成監(jiān)控工藝操作流程、回顯實(shí)際曲線、打印數(shù)據(jù)信息等功能，具備功能完善的人機(jī)界面，并且還能便于操作，可見在編寫上位機(jī)軟件程序中，具體操作人員應(yīng)對LabView方法熟練掌握，唯有做到這樣，才能保證軟件程序代碼的準(zhǔn)確性，才能保證軟件控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性。結(jié)合調(diào)壓鑄造的工作原理來設(shè)計(jì)相應(yīng)的方案，這樣才能保證所設(shè)計(jì)的方案符合調(diào)壓鑄造工作的要求，確保各項(xiàng)工作的正常穩(wěn)定進(jìn)行，在保證鑄造系統(tǒng)自動化運(yùn)行下，保證所鑄造的產(chǎn)品質(zhì)量和水平都能達(dá)到令人滿意的效果，為企業(yè)獲取更多的利潤奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，進(jìn)一步解決傳統(tǒng)的低壓鑄造系統(tǒng)工作中的問題，實(shí)現(xiàn)此系統(tǒng)的自動有效運(yùn)作。

4 結(jié)語

從上面的分析中可見，在計(jì)算機(jī)電子技術(shù)與自化控制技術(shù)的迅猛發(fā)展下，使用智能專家系統(tǒng)、傳感控制技術(shù)、PLC控制技術(shù)都能實(shí)現(xiàn)完善以前低壓鑄造系統(tǒng)不足的目的，以達(dá)到低壓鑄造控制系統(tǒng)有效化、自動化生產(chǎn)的預(yù)期目的。有關(guān)生產(chǎn)實(shí)踐結(jié)果表明：設(shè)計(jì)出的低壓鑄造控制系統(tǒng)集可靠性和穩(wěn)定性于一身，所鑄造的產(chǎn)品質(zhì)量非常好，同時(shí)還具有耗能低、成本低等優(yōu)勢，應(yīng)得到更為廣泛的應(yīng)用，造福于更多的領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉穎.基于模糊PID的低壓鑄造自動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].鑄造技術(shù)，2013（12）.

[2] 梅曉莉，王波.調(diào)壓鑄造分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的研究[J].鑄造技術(shù)，2015（03）.

[3] 聶碩，閆建國，刑小軍，劉磊.計(jì)算機(jī)調(diào)壓鑄造控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)測量與控制，2007（02） .

[4] 宋宏勛，韓毅，吳初娜.調(diào)壓鑄造控制系統(tǒng)中多線程實(shí)時(shí)調(diào)度算法研究[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2011（06） .

[5] 萬在紅，俞子榮.基于模糊自適應(yīng)PID的真空調(diào)壓鑄造智能控制系統(tǒng)[J].南昌航空大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2011（03）.

【通聯(lián)編輯：代影】