基于PLC的消失模泡沫鑄造模樣成型裝置研制
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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，研制出一臺泡沫模樣成型控制裝置，并對控制系統(tǒng)的硬件和軟件構成、控制方式及特點作了詳細介紹。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)構設計提供充分自由度這三大特點而被譽為是“代表二十一世紀的鑄造新技術”、“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[1,2]。
傳統(tǒng)的蒸缸成型方法是將模具放入蒸缸內(nèi)，通蒸汽進行發(fā)泡成型。采用該方法對設備投資不高，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間長，勞動強度大，模樣含水量大以及工藝不易控制等缺點。對于中大件或要求產(chǎn)量較多的泡沫模樣而言，一般采用機械成型機來制作。但國內(nèi)外開發(fā)的自動成型機造價昂貴，一般中小型企業(yè)不易購買，不適合于生產(chǎn)使用。
　　針對以上存在的問題，充分利用PLC的簡便性和可靠性，將其作為主要的控制元件，并結(jié)合其它電氣元件設計制造出一臺成型控制裝置，一旦成型發(fā)泡過程的具體工藝參數(shù)調(diào)整好，在整個生產(chǎn)過程中，成型發(fā)泡過程將自動進行，既降低了勞動強度和工作危險性，又提高了勞動生產(chǎn)率和成品率。而且該控制裝置可用于蒸缸成型和機械成型機成型，做到了一機兩用。
1 泡沫模樣的成型工藝過程
　　泡沫模樣的成型是在機械和力的作用下實現(xiàn)的。預發(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、可動汽室、蒸汽管路、冷卻水管路、排放管路、真空管路及一些相應的電磁閥及汽控閥等組成。
　固定汽室和可動汽室是機械系統(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。當兩室靠近時，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。兩金屬室平時處于開啟狀態(tài)，成型時，可動汽室移向固定汽室，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階段：即進料階段、蒸汽加熱階段、冷卻階段、真空干燥階段和脫模階段?？刂葡到y(tǒng)中，由PLC控制電磁閥（1-6）的開關，電磁閥的導通使得壓縮空氣進入相應的汽動閥（A-F）閥門頂部，導致汽控閥工作，從而使得成型過程按事先設定的程序自動進行。
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。由于具有緊湊的設計、良好的擴展能力、低廉的價格以及強大的指令，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，無須進行中間轉(zhuǎn)換。它的基本單元有8個輸入和6個輸出，并可以擴展至40個數(shù)字量輸入和38個數(shù)字量輸出， 8個模擬量輸入和4個模擬量輸出。
　　CPU接收用戶程序和數(shù)據(jù)，存入隨機存儲器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與被控設備和控制開關相連接的接口電路，本部分的動作正確與否關系到控制過程能否準確完成?？刂浦兴械南尬婚_關、操作按鈕、選擇開關、行程開關以及一些傳感器輸出的信號均要通過輸入部分轉(zhuǎn)換成PLC可接收的信號，而CPU處理后的信號需通過輸出部分轉(zhuǎn)換成控制現(xiàn)場需要的信號以驅(qū)動電磁閥、接觸器、電機等被控設備的執(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)，即控制過程中各個動作的時間參數(shù)。當控制系統(tǒng)得電后，TD200顯示屏上顯示主菜單，指示如何對控制過程進行操作。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，可以實現(xiàn)裝置的相應功能。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)壓表和反饋閥進行反饋控制來較精確地控制管道蒸汽壓力的大小。