基于PLC的消失模泡沫鑄造模樣成型裝置研制
 關(guān)鍵詞： 基于PLC的消失模鑄造泡沫模樣成型裝置研制賈利國杭州廣播電視大學(xué)

摘 要：介紹了消失模鑄造泡沫模樣的成型過程。采用可編程控制器為主要控制元件，研制出一臺(tái)泡沫模樣成型控制裝置，并對(duì)控制系統(tǒng)的硬件和軟件構(gòu)成、控制方式及特點(diǎn)作了詳細(xì)介紹。最后利用該控制裝置制作出表面光潔的優(yōu)質(zhì)泡沫模樣。
關(guān)鍵詞：消失模鑄造；可編程控制器；泡沫模樣
　　消失模鑄造以其精確成形、清潔生產(chǎn)及為鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供充分自由度這三大特點(diǎn)而被譽(yù)為是“代表二十一世紀(jì)的鑄造新技術(shù)”、“鑄造的綠色工程”。一般來說，消失模鑄造泡沫模樣成型裝置有兩種：蒸缸和成型機(jī)[1,2]。
傳統(tǒng)的蒸缸成型方法是將模具放入蒸缸內(nèi)，通蒸汽進(jìn)行發(fā)泡成型。采用該方法對(duì)設(shè)備投資不高，因此特別適宜于發(fā)泡模具試模，而且能快速提供泡沫樣件。但這種方法存在制模時(shí)間長，勞動(dòng)強(qiáng)度大，模樣含水量大以及工藝不易控制等缺點(diǎn)。對(duì)于中大件或要求產(chǎn)量較多的泡沫模樣而言，一般采用機(jī)械成型機(jī)來制作。但國內(nèi)外開發(fā)的自動(dòng)成型機(jī)造價(jià)昂貴，一般中小型企業(yè)不易購買，不適合于生產(chǎn)使用。
　　針對(duì)以上存在的問題，充分利用PLC的簡(jiǎn)便性和可靠性，將其作為主要的控制元件，并結(jié)合其它電氣元件設(shè)計(jì)制造出一臺(tái)成型控制裝置，一旦成型發(fā)泡過程的具體工藝參數(shù)調(diào)整好，在整個(gè)生產(chǎn)過程中，成型發(fā)泡過程將自動(dòng)進(jìn)行，既降低了勞動(dòng)強(qiáng)度和工作危險(xiǎn)性，又提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率和成品率。而且該控制裝置可用于蒸缸成型和機(jī)械成型機(jī)成型，做到了一機(jī)兩用。
1 泡沫模樣的成型工藝過程
　　泡沫模樣的成型是在機(jī)械和力的作用下實(shí)現(xiàn)的。預(yù)發(fā)好的泡沫珠粒射入模具型腔內(nèi)，經(jīng)力和熱的作用，形成泡沫模樣。圖1是泡沫模樣成型控制系統(tǒng)圖。該控制系統(tǒng)由固定汽室、可動(dòng)汽室、蒸汽管路、冷卻水管路、排放管路、真空管路及一些相應(yīng)的電磁閥及汽控閥等組成。
　固定汽室和可動(dòng)汽室是機(jī)械系統(tǒng)的主體部分，內(nèi)有空腔，可通水蒸汽、冷卻水等。在兩室互相貼近的表面上，各裝有一鋁制模塊。當(dāng)兩室靠近時(shí)，兩模塊形成的空間就是所要求的鑄件形狀，泡沫模樣就在此發(fā)泡成型。兩金屬室平時(shí)處于開啟狀態(tài)，成型時(shí)，可動(dòng)汽室移向固定汽室，閉合后即可工作。其它部件的作用是：蒸汽管路為制模過程提供熱源。冷卻水管路為兩金屬汽室供冷卻水，用于泡沫模的冷卻。排放管路用于排放蒸汽及冷卻水。真空裝置的作用是吸收模樣中的水分。
　　泡沫模樣的成型過程可分為五個(gè)階段：即進(jìn)料階段、蒸汽加熱階段、冷卻階段、真空干燥階段和脫模階段。控制系統(tǒng)中，由PLC控制電磁閥（1-6）的開關(guān)，電磁閥的導(dǎo)通使得壓縮空氣進(jìn)入相應(yīng)的汽動(dòng)閥（A-F）閥門頂部，導(dǎo)致汽控閥工作，從而使得成型過程按事先設(shè)定的程序自動(dòng)進(jìn)行。
2 控制系統(tǒng)硬件組成
2.1 可編程控制器（PLC）的選用
　　本控制系統(tǒng)選用西門子公司生產(chǎn)的S7-200系列可編程控制器（PLC）為主要控制元件。由于具有緊湊的設(shè)計(jì)、良好的擴(kuò)展能力、低廉的價(jià)格以及強(qiáng)大的指令，使得S7-200可以近乎完美地滿足小規(guī)模的控制要求。而且易于修改控制功能，設(shè)備維修也十分方便可靠。
　　中央處理器CPU是PLC的大腦。本裝置采用的CPU222（AC/DC/繼電器）是S7-200系列PLC中的典型產(chǎn)品，其輸出部分可直接接220V的電磁閥，無須進(jìn)行中間轉(zhuǎn)換。它的基本單元有8個(gè)輸入和6個(gè)輸出，并可以擴(kuò)展至40個(gè)數(shù)字量輸入和38個(gè)數(shù)字量輸出， 8個(gè)模擬量輸入和4個(gè)模擬量輸出。
　　CPU接收用戶程序和數(shù)據(jù)，存入隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM中，CPU按掃描方式工作，從0000首地址存放的第一條用戶程序開始，到用戶最后一條存放的地址為止，不停的作周期性掃描，每掃描一次，用戶程序就執(zhí)行一次。
　　輸入輸出部分是PLC與被控設(shè)備和控制開關(guān)相連接的接口電路，本部分的動(dòng)作正確與否關(guān)系到控制過程能否準(zhǔn)確完成?？刂浦兴械南尬婚_關(guān)、操作按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)以及一些傳感器輸出的信號(hào)均要通過輸入部分轉(zhuǎn)換成PLC可接收的信號(hào)，而CPU處理后的信號(hào)需通過輸出部分轉(zhuǎn)換成控制現(xiàn)場(chǎng)需要的信號(hào)以驅(qū)動(dòng)電磁閥、接觸器、電機(jī)等被控設(shè)備的執(zhí)行元件。
　　文本顯示器TD200顯示S7-200CPU允許的信息，可輸入和修改過程參數(shù)，即控制過程中各個(gè)動(dòng)作的時(shí)間參數(shù)。當(dāng)控制系統(tǒng)得電后，TD200顯示屏上顯示主菜單，指示如何對(duì)控制過程進(jìn)行操作。由此可見TD200給發(fā)泡成型過程中的工藝參數(shù)的設(shè)定和調(diào)整帶來了極大的便利。
2.2 控制裝置電路圖及電氣元件
　　根據(jù)圖1的控制系統(tǒng)流程原理，以PLC為控制系統(tǒng)的主要控制元件，并采用常規(guī)的接觸器和電磁閥組成泡沫模樣成型裝置的控制系統(tǒng)。其控制電路如圖2所示。
　　在該控制系統(tǒng)中，壓力表和電磁閥選用臺(tái)灣AIRTAC公司的產(chǎn)品，氣控閥選用上海華治公司的產(chǎn)品，可以實(shí)現(xiàn)裝置的相應(yīng)功能。其中，蒸汽管道壓力大小的控制是本裝置的重要環(huán)節(jié)，系統(tǒng)中采用調(diào)壓表和反饋閥進(jìn)行反饋控制來較精確地控制管道蒸汽壓力的大小。