低壓鑄造機(jī)技術(shù)方案書

1、低壓鑄造機(jī)技術(shù)方案書一、 序言1.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)低壓鑄造機(jī)是鋁合金低壓鑄造的通用設(shè)備，可廣泛應(yīng)用于汽車、摩托車、紡織機(jī)械與航空航天等工業(yè)中鋁合金鑄件的生產(chǎn) 。本技術(shù)方案是為了采用低壓鑄造機(jī)完成本公司鋁合金模具澆鑄使用而設(shè)計(jì)。1.2 設(shè)計(jì)原則安全，穩(wěn)定，可靠，有效1.3 設(shè)計(jì)依據(jù)和參考標(biāo)準(zhǔn)主要依據(jù)了國家統(tǒng)計(jì)局、國家商務(wù)部、國家發(fā)改委、國務(wù)院發(fā)展研究中心、中國海關(guān)總署、低壓鑄造機(jī)行業(yè)相關(guān)協(xié)會、國外相關(guān)刊物的基礎(chǔ)信息以及低壓鑄造機(jī)行業(yè)專業(yè)研究單位等公布和提供的大量資料。1.4 適用圍本方案適用于本公司所有使用鋁合金鑄件的低壓灌澆注產(chǎn)品。二、 需求分析2.1 技術(shù)現(xiàn)狀我國低壓鑄造機(jī)技術(shù)經(jīng)過幾十年研究與發(fā)

2、展，在結(jié)構(gòu)，原理，功能上基本接近進(jìn)口機(jī)水平，在國汽車缸蓋生廠商已經(jīng)得到用戶認(rèn)可，但國產(chǎn)機(jī)同進(jìn)口機(jī)相比在外觀、鑄造工藝、機(jī)械精度、自動控制及算法等精細(xì)方面還是有所差距。本公司產(chǎn)品在經(jīng)過一至五代液壓鑄造機(jī)的基礎(chǔ)上采用電控系統(tǒng)來完成鋁合金模型的鑄造過程，有待于進(jìn)一步試驗(yàn)和使用驗(yàn)證。.2.2 需求針對公司目前產(chǎn)品現(xiàn)狀，需完成采用電控設(shè)計(jì)的低壓鑄造機(jī)來實(shí)現(xiàn)鋁合金澆鑄的過程，達(dá)到降低生產(chǎn)成本，提高鑄件質(zhì)量和滿足生產(chǎn)安全，提高生產(chǎn)率，提升自動化程度的目的需求。三、 硬件系統(tǒng)技術(shù)方案設(shè)計(jì)低壓鑄造機(jī)原理是將熔融的金屬液加入密閉的保溫爐，用液面加壓系統(tǒng)給密封的保溫爐充一定的干燥的壓縮空氣，使保溫爐的金屬液通過升液

3、管緩慢注入金屬模型腔，在壓力作用下結(jié)晶成形，再經(jīng)過自動開模并取件，完成低壓鑄造工藝過程。3.1 整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)架構(gòu)主要由數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)和通信系統(tǒng)構(gòu)成。采集處理系統(tǒng)在主控系統(tǒng)采用 PLC的基礎(chǔ)上主要由以下幾部分：爐溫控制系統(tǒng)，液面加壓系統(tǒng)，開合模及頂出系統(tǒng)，模具冷卻系統(tǒng)，型腔溫度及液面檢測系統(tǒng)，人機(jī)界面，操控面板，工藝參數(shù)采集系統(tǒng)和報(bào)警系統(tǒng)組成。其中，型腔液面檢測與液面加壓系統(tǒng)共同構(gòu)成閉合回路。主控通過工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)與服務(wù)器/ 客戶端建立聯(lián)系，進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。服務(wù)器客戶端交換機(jī)其他系統(tǒng)PLC開澆爐液合模型工注溫面模具腔人操藝報(bào)口控加及冷液機(jī)控參警溫制壓頂卻面界面數(shù)系度系系出系檢面板采統(tǒng)控統(tǒng)統(tǒng)

4、系統(tǒng)測集制統(tǒng)智能低壓鑄造機(jī)圖 1主系統(tǒng)搭建框圖上位機(jī)系統(tǒng)采用B/S 架構(gòu)，即瀏覽器和服務(wù)器結(jié)構(gòu)。它是隨著Internet技術(shù)的興起，對 C/S 結(jié)構(gòu)的一種變化或者改進(jìn)的結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)下，用戶工作界面是通過WWW.瀏覽器來實(shí)現(xiàn)，極少部分事務(wù)邏輯在前端(Browser) 實(shí)現(xiàn)，但是主要事務(wù)邏輯在服務(wù)器端(Server) 實(shí)現(xiàn)。B/S 結(jié)構(gòu)最大的優(yōu)點(diǎn)就是可以在任何地方進(jìn)行操作而不用安裝任何專門的軟件。只要有一臺能上網(wǎng)的電腦就能使用，客戶端零維護(hù)。系統(tǒng)的擴(kuò)展性非常容易，只要能上網(wǎng)，再由系統(tǒng)管理員分配一個(gè)用戶名和密碼，就可以使用了。遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)即 PLC和服務(wù)器工作站之間的通訊采用工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行通信，

5、這樣可以很方便的和其它系統(tǒng)進(jìn)行集成。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)暫時(shí)不對上位機(jī)和遠(yuǎn)程通訊進(jìn)行設(shè)計(jì)，但在相關(guān)系統(tǒng)中預(yù)留相關(guān)接口，以備后續(xù)工作中需要使用。方案設(shè)計(jì)本方案在 10 路子系統(tǒng)的基礎(chǔ)上搭建低壓鑄造機(jī)的實(shí)現(xiàn)過程，通過采集相關(guān)的電壓電流信號、溫度和壓力信號等輸入主控器中，然后進(jìn)行相關(guān)算法的計(jì)算和數(shù)據(jù)分析處理后進(jìn)行輸出，從而實(shí)現(xiàn)多路子系統(tǒng)同時(shí)可控，共同完成整體系統(tǒng)操作，實(shí)現(xiàn)鋁合金鑄造過程。風(fēng)冷 /水冷變頻電機(jī)開合模人機(jī)界面主型腔溫控儀控?cái)?shù)據(jù)型腔制采澆口溫控儀集澆口系器統(tǒng)操作面板PLC保溫爐爐溫溫控儀液壓夾壓控報(bào)警系統(tǒng)圖 2系統(tǒng)流程圖設(shè)計(jì)特點(diǎn)本設(shè)計(jì)在液壓鑄造的基礎(chǔ)上采用變頻器通過電機(jī)來控制合分模的過程，實(shí)現(xiàn)電力環(huán)

6、節(jié)的節(jié)能環(huán)保；爐溫，型腔，澆口實(shí)現(xiàn)溫度靈敏控制，通過主控器及時(shí)處理和反饋，.達(dá)到精度控制的要求；實(shí)時(shí)報(bào)警系統(tǒng)可以及時(shí)檢測系統(tǒng)故障，保證生產(chǎn)安全有序進(jìn)行；上位機(jī)控制可以及時(shí)觀測到系統(tǒng)整體運(yùn)行狀態(tài)，保證作業(yè)的順利進(jìn)行，并利于告警和故障信息的及時(shí)處理；整機(jī)系統(tǒng)配合完整，達(dá)到生產(chǎn)任務(wù)需求。3.2 分系統(tǒng)設(shè)計(jì)分系統(tǒng)搭建主要由以下各個(gè)環(huán)節(jié)構(gòu)成，各個(gè)子系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行保證了整體系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)，從而滿足系統(tǒng)穩(wěn)定可靠安全有效的運(yùn)行。主控系統(tǒng)主控系統(tǒng)由幾個(gè)小系統(tǒng)搭建完成，包括輸入采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)、操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)輸出系統(tǒng)。除了實(shí)現(xiàn)對各個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控外，還需要采集設(shè)備工作狀態(tài)的信息，故障信息以及生

7、產(chǎn)工藝參數(shù)，以提供給服務(wù)器進(jìn)行工藝分析及優(yōu)化使用。本系統(tǒng)主要完成模擬物理量的采集，將其送入控制器中，在控制器中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，然后將有關(guān)模擬量分別同步進(jìn)行顯示和輸出；通過以太網(wǎng)交換機(jī)上傳至服務(wù)器，進(jìn)行數(shù)據(jù)儲存和調(diào)用，在瀏覽器可以直接進(jìn)行系統(tǒng)觀測和設(shè)定，直觀方便的對系統(tǒng)進(jìn)行全程監(jiān)控和處理。爐溫控制系統(tǒng)本子系統(tǒng)主要完成保溫爐溫度的檢測，通過硅碳棒輻射加熱，利用熱電偶采集，將爐溫度信號送入主控制器進(jìn)行處理，同時(shí)在已經(jīng)設(shè)定的溫度值基礎(chǔ)上進(jìn)行比較，通過誤差控制借助溫控儀和調(diào)功器來調(diào)整實(shí)時(shí)溫度，達(dá)到滿足系統(tǒng)溫度穩(wěn)定運(yùn)行的要求。設(shè)定爐溫T溫控儀調(diào)功器保溫爐溫度傳感器圖 3爐溫控制流程.型腔溫度及液面控制

8、系統(tǒng)本子系統(tǒng)主要完成型腔溫度和位置的檢測，將型腔溫度信號送入主控制器，在已經(jīng)設(shè)定的溫度值基礎(chǔ)上進(jìn)行比較，通過誤差控制借助電加熱棒或模溫機(jī)來調(diào)整實(shí)時(shí)溫度，達(dá)到系統(tǒng)溫度運(yùn)行的需求；同時(shí)使用超聲波傳感器來檢測液面位置，使模具在壓力值下保持位置穩(wěn)定，通過壓控儀器或主控系統(tǒng)來控制壓力維持液面高度，以利于更好的鑄模。設(shè)定溫度T溫控儀/可控電加熱棒/模型腔硅溫機(jī)溫度傳感器圖 4型腔溫度控制流程設(shè)定液面壓控儀型腔超聲波傳感器圖 5型腔液面控制流程澆口溫度控制系統(tǒng)為了防止鋁液在澆注口溫度過低結(jié)晶，從而影響澆注質(zhì)量，需要對澆注口的溫度進(jìn)行檢測并控制。本子系統(tǒng)主要通過熱電偶完成澆口溫度的檢測，將澆口溫度信號送入主控

9、制器，在已經(jīng)設(shè)定的溫度值基礎(chǔ)上進(jìn)行比較，通過誤差控制借助溫控儀調(diào)節(jié)電加熱棒或硅碳棒來調(diào)整實(shí)時(shí)溫度，達(dá)到系統(tǒng)溫度運(yùn)行的需求。.設(shè)定溫度T溫控儀/ 可控電加熱棒/硅型腔硅碳棒溫度傳感器圖 6澆口控制流程變頻合分?？刂葡到y(tǒng)本子系統(tǒng)主要完成對分合模臂的控制，通過變頻器驅(qū)動電機(jī)正反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)分合木模臂的推進(jìn)和送出，并通過頻率的控制來進(jìn)行速度和行程的調(diào)節(jié)，其控制過程主要在變頻器實(shí)現(xiàn)完成。速度 /變頻器電機(jī)分合模臂行程（ 5路）反饋圖 7變頻控制流程液面夾壓力控制系統(tǒng)本子系統(tǒng)主要完成對型腔模具位置信號的檢測，通過控制液面夾壓力值來控制液體位置，氣壓源壓力經(jīng)過濾減壓閥后達(dá)到穩(wěn)定值，實(shí)現(xiàn)過程是將壓力信號作為控制信

10、號，位置信號為輸出信號，通過閉環(huán)實(shí)現(xiàn)對位置的控制。本控制可集成于主控系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。電動氣泵/ 壓液位液面夾縮機(jī)壓力傳感器圖 8液面夾壓力控制流程.模具冷卻系統(tǒng)本子系統(tǒng)主要完成采用熱電偶采集后的模具溫度控制，通過與設(shè)定溫度值進(jìn)行比較，當(dāng)溫度值高于設(shè)定值則進(jìn)行降溫，采用水冷或者風(fēng)冷的方式，當(dāng)溫度值低于設(shè)定值時(shí)候，采用電加熱棒進(jìn)行加熱，主要目的是在于降溫，使模型迅速冷卻。溫控儀/ 可控風(fēng)冷/ 水冷模具設(shè)定溫度T電加熱棒硅溫度傳感器圖 9冷卻控制流程人機(jī)界面在設(shè)備工作現(xiàn)場設(shè)置人機(jī)界面，用于顯示設(shè)備工作狀態(tài)參數(shù)以及工藝參數(shù)。人機(jī)界面主要用于對工作模式的選擇（自動 / 手動），系統(tǒng)參數(shù)的獲?。▔簭?qiáng)，溫度，電

11、壓，電流等），并顯示相關(guān)參數(shù)趨勢曲線，實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，為系統(tǒng)運(yùn)行運(yùn)行進(jìn)行保障。操作面板操作面板主要用來控制電源的通斷，電機(jī)的啟停，以及各個(gè)機(jī)械臂的推進(jìn)和縮出，同時(shí)進(jìn)行各個(gè)位置量的檢測輸出等，如電源指示，合分模到位信號等。在現(xiàn)場適用于對設(shè)備進(jìn)行調(diào)試以及人工操作。報(bào)警系統(tǒng)本部分報(bào)警主要對各個(gè)子系統(tǒng)溫度、電壓電流、壓強(qiáng)等實(shí)時(shí)物理量超過閾值的及時(shí)報(bào)警，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)響應(yīng)及時(shí)，處理故障有效的檢測作用，保證系統(tǒng)在無誤差的系統(tǒng)環(huán)境下安全可靠運(yùn)行。.四、 軟件系統(tǒng)技術(shù)方案設(shè)計(jì)在以上硬件系統(tǒng)架構(gòu)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。軟件部分主要包括以下部分：溫控軟件設(shè)計(jì)（主要包括爐溫控制，型腔溫度控制，澆口溫度控制），功

12、率（電壓電流）軟件設(shè)計(jì)，位置信號軟件設(shè)計(jì)，壓力控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，人機(jī)界面和報(bào)警軟件設(shè)計(jì)。其中，溫控部分包括保溫爐溫度控制，澆口溫度控制，型腔溫度控制；功率（電壓電流）控制主要針對電機(jī)控制；壓強(qiáng)控制主要指液面壓力控制；人機(jī)界面包括各顯示和操作軟件設(shè)計(jì)；報(bào)警主要針對故障報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)。本部分可外協(xié)完成，通過系統(tǒng)集成實(shí)現(xiàn)整機(jī)系統(tǒng)的安全運(yùn)作。4.1 溫控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)溫控軟件設(shè)計(jì)主要包三大部分，上述已經(jīng)介紹，其基本控制原理相同，主要流程框圖可參考同一設(shè)計(jì)。主要系統(tǒng)檢測量為實(shí)時(shí)溫度值，本溫度值通過溫度傳感器或熱電偶取得。系統(tǒng)初始化溫度初始化設(shè)定初始溫度溫度判定高低調(diào)節(jié)器 -降低調(diào)節(jié)器 -升高測溫.圖 10溫

13、控程序流程圖爐溫控制系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器主要是調(diào)功器和硅碳棒；型腔溫度控制系統(tǒng)中，主要指的是可控硅和電加熱棒或模溫機(jī)；澆口溫度也可采用可控硅和電加熱棒；此流程在模具冷卻中也可能用到，如果模具溫度低于設(shè)定值，也可能需要電加熱器進(jìn)行加熱處理。注：此處調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)過程涉及到下節(jié)中介紹的功率調(diào)節(jié)，功率調(diào)節(jié)可視為其一部分流程控制，為便于理解，將功率調(diào)節(jié)方式單獨(dú)列成一節(jié)，功率調(diào)節(jié)不僅僅在溫度調(diào)節(jié)中使用，在電機(jī)控制環(huán)節(jié)也采用。4.2 功率系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)功率系統(tǒng)主要指的是對電流電壓或功率的控制，通過移相調(diào)節(jié)或頻率改變占空比等來調(diào)節(jié)輸出電流電壓功率值，此處也指單獨(dú)的電流調(diào)節(jié)或電壓調(diào)節(jié)。功率調(diào)節(jié)涉及到以下幾個(gè)環(huán)節(jié)：爐溫控制

14、中調(diào)功器用以調(diào)節(jié)硅碳棒加熱功率，型腔溫度調(diào)節(jié)中通過控制環(huán)節(jié)使得電加熱設(shè)備或模溫機(jī)改變功率大小，澆口溫度控制系統(tǒng)中電加熱功率的大小，電機(jī)通過變頻器控制合分模速度和位置。本節(jié)主要介紹變頻器控制電機(jī)進(jìn)行合分模樣過程。變頻器控制電機(jī)運(yùn)行是一個(gè)串級調(diào)速過程，環(huán)為速度控制，外環(huán)為位置控制，通過調(diào)節(jié)變頻器的頻率來改變占空比，從而輸出電壓或電流值，進(jìn)而控制速度大小，實(shí)現(xiàn)位置到達(dá)的過程。在此過程中由于電壓電流發(fā)生變化引起功率變動，因而歸于功率調(diào)節(jié)。由于負(fù)載變化引起的功率變化可以實(shí)現(xiàn)節(jié)約電能的過程，實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)最大化，達(dá)到控制負(fù)載，節(jié)約能量的效果?？梢酝ㄟ^控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)分模和合模過程。+位置控制模塊速度控制

15、單元速度反饋電機(jī)位置檢測測量與反饋圖 11系統(tǒng)控制流程圖.開始系統(tǒng)初始化設(shè)定位置采集各狀態(tài)量位置到達(dá)？YN選擇方向頻率調(diào)節(jié)速度調(diào)節(jié)位置調(diào)節(jié)N位置到達(dá)？Y停止圖 12系統(tǒng)程序流程圖變頻器部通過設(shè)定的頻率來調(diào)節(jié)電流和電壓值，根據(jù)輸出來控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)以及速度和位置，在運(yùn)行過程中不斷的進(jìn)行速度和位置校正，最終穩(wěn)定停止。4.3 位置系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)位置控制系統(tǒng)主要通過測量裝置完成對最終停止或動態(tài)變化量的取值，然后送入控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后送入執(zhí)行結(jié)構(gòu)進(jìn)行輸出，最終達(dá)到系統(tǒng)穩(wěn)定要求。.初始位置設(shè)定位置位置控制器執(zhí)行機(jī)構(gòu)測量器件測量并反饋圖 12系統(tǒng)流程圖開始初始位置設(shè)定位置到達(dá)N調(diào)節(jié)壓力N位置到達(dá)Y結(jié)束圖 1

16、3系統(tǒng)程序流程圖系統(tǒng)中執(zhí)行結(jié)構(gòu)包括型腔液面控制的執(zhí)行器，當(dāng)液面壓力低于預(yù)定值時(shí)，需要通過加壓使得鋁液上升至型腔某位置，此時(shí)可以通過控制器發(fā)出指令或通過壓控相關(guān)器件發(fā)出指令，能夠發(fā)出指令的控制單元構(gòu)成執(zhí)行。4.4 壓力系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)壓力系統(tǒng)與型腔液面構(gòu)成閉環(huán)控制熊，單純壓力系統(tǒng)為開環(huán)控制，通過檢測液面液位來增加或減少壓力，使得鋁液結(jié)晶在型腔，達(dá)到鑄造模型的要求，開環(huán)流程圖如下：.開始初始壓力值液面檢測到Y(jié)位？N增大壓力N位置到達(dá)Y結(jié)束圖 14系統(tǒng)程序流程圖4.5 人機(jī)界面在設(shè)備工作現(xiàn)場設(shè)置人機(jī)界面，用于顯示設(shè)備工作狀態(tài)參數(shù)以及工藝參數(shù)。人機(jī)界面主要實(shí)現(xiàn)兩大功能，一是完成對工作方式和模式的控制，二是對物理量采集后計(jì)算結(jié)果的輸出，包括數(shù)字量輸出和圖形輸出。此部分流程圖相對復(fù)雜，在此不作具體繪制。4.6 報(bào)警系統(tǒng)報(bào)警主要是對設(shè)定值與實(shí)際值比較后的結(jié)果輸出進(jìn)行處理，流程圖相對簡單，即輸出結(jié)果與