数字化离心铸造机控制系统

1.引言
    离心铸造机主要应用于铸管的毛坯成型，离心铸造机的主机行走及浇包翻转速度是制约铸管质量的主要环节,采用闭环控制是解决这一问题的关键,而PLC的程序及控制精度又起着决定作用。在本次数字化离心铸造机自动控制系统的改造主要有：将原西门子PLC更换为施耐德PLC（Quatumn系列），增加人机界面（XBTGT5330），增加测温探头、编码器及数字控制阀等设备。此次数字化离心铸造机的改造的主要目的是实现离心铸造机的全自动自动控制，保证铸管在浇注过程中从开始到结束内径、外径保持一定的线速度，翻包时保持一定的角速度，使其铸件横断面上各半径处材质的致密性基本一致，浇筑均匀，提高质量，进一步提高材料利用率，降低本钱，节约能源，达到最新的国际标准。

2.应用方案简介
    本次改造之前，离心铸造机由于老化及自动化程度较低，操作人员水平参差不齐，不能满足行业的发展需要，必须对其进行技术改造。用施耐德PLC做控制系统核心，结合已有经验，程序编写和调试比较方便。改造后可大大提高生产的自动化水平，降低人为因素的影响，且安全性也有了进一步提高。现场增加了触摸屏与PLC通讯，共同组成生产过程的自动控制系统，更精确地观察到整个生产过程的工艺和参数系统。如下图所示：
 

　　本控制系统主要利用程序控制数字阀来实现行走和翻包运动，并且实现了毛坯成型过程中的自动行走、自动翻包自动旋转、自动喷粉、自动切换流槽、自动喷水、自动拔管、自动运输等过程，操作人员仅需要设置好参数，按下启动按钮或拔管按钮。

 
　　触摸屏作为人机界面可以进行工艺参数的设定、运行状态的监控等。可编程序控制器是整个系统的核心。它将工艺参数存储并通过一定的控制算法控制数字阀的运行以及其它辅助设备。数字阀采用西门子S7-200进行控制，昆腾PLC与西门子PLC之间采用Profibus DP通讯控制。

3.离心机改造工艺
　　根据工艺PLC控制系统所要完成的控制项目如下：1、液压系统2、主电机3、孕育剂4、拔管钳5、浇铸小车6、扇形包7、上芯机8、抬管架9、流槽喷粉10、主机行走11、运管小车。下面将各个项目的具体控制原理分述如下：
    (1)液压系统：打开操作台液压启动开关，主油泵启动运行。此时系统压力低于下限，压力传感器给出下限信号，油循环阀得电，系统开始升压。当系统压力升到75千克时，压力传感器给出压力上限信号，油循环阀失电，系统压力下降，当压力降至55千克时，压力传感器再次蛤出压力下限信号，油循环阀得电，系统开始升压。如此周而复始，系统压力始终保持在上限与下限之间。
    (2)主电机：当整流柜正常时，按下操作台主电机运行按钮，直流准备灯亮。浇铸时按下浇铸旋转按钮，则主电机以浇铸速度旋转，浇铸完毕后浇铸旋转自动延时停止，拔管时按下拔管旋转按钮，则主电机以拔管速度旋转，抬管完毕．离心机拉至上限位拔管旋转自动停止。
    (3)孕育剂：按下育剂启动按钮，孕育振动器开始振动，按下孕育剂停止按钮或扇形包返回时，孕育振动器停止振动。
    (4)拨管钳：浇铸完毕芯架摆出以后，若拔管钳打自动，则拔管钳自动伸出，拔管钳前限位信号给出后拔管钳自动涨开压紧铸管，此时拉动主机手柄上行拔管，到达拔管停限位后拨管钳自动收缩后退至拔管钳后限位，完成拔管工作。
    (5)浇铸小车：当离心机浇铸完毕行至下限位后，浇铸小车若打自动，则自动延时横移至浇铸台另一侧，压住另一侧限位后．流槽自动翻转井保持一段时间后自动翻回。
    (6)扇形包：离心机在上基本位置灯亮时，按下浇铸开始按钮，管1开始浇铸，扇形包开始翻转．浇铸结束时扇形包返回一个小角度停止。第一根管浇铸拔管完毕，基本位置灯再亮时，按下浇铸按钮，管1开始浇铸，扇形包从管1停止的位置开始翻转，浇铸结束以后，扇形包返回，管2浇铸结束。完成翻包全过程。管1和管包2的翻包速度由上位机给定，由西门子PLC输出到数字阀。如果在浇铸过程中因主电机故障，管模突然停止转动，则扇形包立即返回。
    (7)芯架：主机浇铸下行至下限位后，主机若打自动，则芯架延时自动摆出，摆出后压住摆出限位并保持，这时便可拔管。拔管完毕，离心机上行至上限位时，芯架自动摆进，碰到摆进限位后，就可以浇铸了。
    (8)抬管架：当运管小车返回、拔管钳在后、离心机在上，若抬管架打自动，则抬管架自动抬起，管子滚过抬管架。抬管架上限位给出信号以后，抬管架延时自动落下。
    (9)流槽喷粉：在离心机浇铸完毕拔管过程中，当喷粉打自动时，按下喷粉自动开始按
钮，离心机在碰到喷粉开始限位以后延时喷粉。碰到喷粉结束限位以后喷粉结束。。
    (10)主机运行：当芯架摆出(或拨管钳在后、芯架摆入)、离心机在上，按下启动按钮，则主机以浇铸速度行走，碰到斜坡开始限位后以插口慢速度行进并延时停顿，然后以浇注速度行进，到达减速位置后开始五段减速，行进直至碰到下限位后停止，完成整个浇铸行走。当流槽到位以后，按下拔管按钮，离心机开始拔管行走直至到达上限位停止。拔管和浇铸速度由上位机给定，由西门子PLC输出到数字阀。
(11)运管小车：运管小车开关打到向前时，运管小车启动前行，压住前限位后停止；运管小车开关打到向后时，运管小车返回，压住后限位后停止

4.结束语
    实际应用结果表明，数字化离心铸造机控制系统的改造实现了浇铸过程的完全自动化，使人为因素的影响大大降低，产品内在质量得到了有效改善；大大进步了控制系统的实时监控性，达到了预期的控制效果，进步了生产效率，节约了材料。本次改造使离心铸管生产设备的自动化水平上了一个新的台阶，对传统的离心铸管生产设备升级换代起到积极推动作用。同时，自动化技术的使用，有利于企业实施综合自动化治理，使企业从粗放型向集约型转化。