基于PLC的消失模泡沫铸造模样成型装置研制

基于PLC的消失模泡沫铸造模样成型装置研制
 关键词： 基于PLC的消失模铸造泡沫模样成型装置研制贾利国杭州广播电视大学

摘 要：介绍了消失模铸造泡沫模样的成型过程。采用可编程控制器为主要控制元件，研制出一台泡沫模样成型控制装置，并对控制系统的硬件和软件构成、控制方式及特点作了详细介绍。最后利用该控制装置制作出表面光洁的优质泡沫模样。
关键词：消失模铸造；可编程控制器；泡沫模样
　　消失模铸造以其精确成形、清洁生产及为铸件结构设计提供充分自由度这三大特点而被誉为是“代表二十一世纪的铸造新技术”、“铸造的绿色工程”。一般来说，消失模铸造泡沫模样成型装置有两种：蒸缸和成型机[1,2]。
传统的蒸缸成型方法是将模具放入蒸缸内，通蒸汽进行发泡成型。采用该方法对设备投资不高，因此特别适宜于发泡模具试模，而且能快速提供泡沫样件。但这种方法存在制模时间长，劳动强度大，模样含水量大以及工艺不易控制等缺点。对于中大件或要求产量较多的泡沫模样而言，一般采用机械成型机来制作。但国内外开发的自动成型机造价昂贵，一般中小型企业不易购买，不适合于生产使用。
　　针对以上存在的问题，充分利用PLC的简便性和可靠性，将其作为主要的控制元件，并结合其它电气元件设计制造出一台成型控制装置，一旦成型发泡过程的具体工艺参数调整好，在整个生产过程中，成型发泡过程将自动进行，既降低了劳动强度和工作危险性，又提高了劳动生产率和成品率。而且该控制装置可用于蒸缸成型和机械成型机成型，做到了一机两用。
1 泡沫模样的成型工艺过程
　　泡沫模样的成型是在机械和力的作用下实现的。预发好的泡沫珠粒射入模具型腔内，经力和热的作用，形成泡沫模样。图1是泡沫模样成型控制系统图。该控制系统由固定汽室、可动汽室、蒸汽管路、冷却水管路、排放管路、真空管路及一些相应的电磁阀及汽控阀等组成。
　固定汽室和可动汽室是机械系统的主体部分，内有空腔，可通水蒸汽、冷却水等。在两室互相贴近的表面上，各装有一铝制模块。当两室靠近时，两模块形成的空间就是所要求的铸件形状，泡沫模样就在此发泡成型。两金属室平时处于开启状态，成型时，可动汽室移向固定汽室，闭合后即可工作。其它部件的作用是：蒸汽管路为制模过程提供热源。冷却水管路为两金属汽室供冷却水，用于泡沫模的冷却。排放管路用于排放蒸汽及冷却水。真空装置的作用是吸收模样中的水分。
　　泡沫模样的成型过程可分为五个阶段：即进料阶段、蒸汽加热阶段、冷却阶段、真空干燥阶段和脱模阶段。控制系统中，由PLC控制电磁阀（1-6）的开关，电磁阀的导通使得压缩空气进入相应的汽动阀（A-F）阀门顶部，导致汽控阀工作，从而使得成型过程按事先设定的程序自动进行。
2 控制系统硬件组成
2.1 可编程控制器（PLC）的选用
　　本控制系统选用西门子公司生产的S7-200系列可编程控制器（PLC）为主要控制元件。由于具有紧凑的设计、良好的扩展能力、低廉的价格以及强大的指令，使得S7-200可以近乎完美地满足小规模的控制要求。而且易于修改控制功能，设备维修也十分方便可靠。
　　中央处理器CPU是PLC的大脑。本装置采用的CPU222（AC/DC/继电器）是S7-200系列PLC中的典型产品，其输出部分可直接接220V的电磁阀，无须进行中间转换。它的基本单元有8个输入和6个输出，并可以扩展至40个数字量输入和38个数字量输出， 8个模拟量输入和4个模拟量输出。
　　CPU接收用户程序和数据，存入随机存储器RAM中，CPU按扫描方式工作，从0000首地址存放的第一条用户程序开始，到用户最后一条存放的地址为止，不停的作周期性扫描，每扫描一次，用户程序就执行一次。
　　输入输出部分是PLC与被控设备和控制开关相连接的接口电路，本部分的动作正确与否关系到控制过程能否准确完成。控制中所有的限位开关、操作按钮、选择开关、行程开关以及一些传感器输出的信号均要通过输入部分转换成PLC可接收的信号，而CPU处理后的信号需通过输出部分转换成控制现场需要的信号以驱动电磁阀、接触器、电机等被控设备的执行元件。
　　文本显示器TD200显示S7-200CPU允许的信息，可输入和修改过程参数，即控制过程中各个动作的时间参数。当控制系统得电后，TD200显示屏上显示主菜单，指示如何对控制过程进行操作。由此可见TD200给发泡成型过程中的工艺参数的设定和调整带来了极大的便利。
2.2 控制装置电路图及电气元件
　　根据图1的控制系统流程原理，以PLC为控制系统的主要控制元件，并采用常规的接触器和电磁阀组成泡沫模样成型装置的控制系统。其控制电路如图2所示。
　　在该控制系统中，压力表和电磁阀选用台湾AIRTAC公司的产品，气控阀选用上海华治公司的产品，可以实现装置的相应功能。其中，蒸汽管道压力大小的控制是本装置的重要环节，系统中采用调压表和反馈阀进行反馈控制来较精确地控制管道蒸汽压力的大小。