可編程序控制器在型砂性能在線測控中的應用

1、可編程序控制器在型砂性能在線測控中的應用可編程序控制器在型砂性能在線測控中的應用張立光吳浚郊（北京：100084清華大學）劉升遷（山東平度市：266721青島天恒機械有限公司）摘要：摘要：可編程序控制器以其優(yōu)良的特性在工業(yè)控制中得到了廣泛應用。利用PLC進行型砂性能在線檢測與控制，能夠準確地測量型砂的緊實率、濕壓強度，并能夠將型砂的緊實率波動控制在3％的范圍之內，使型砂質量保持穩(wěn)定，取得了良好的應用效果。ZhangLiguangWuJu

2、njiaoLiuShengqian.TheApplicationofPLCfOnlineSTest&Control.ProgrammableLogicalController(PLC)iswidelyusedinindustrycontrolfitswonderfulacteristics.IthasacquiredsatisfactyresultsusingPLCinonlinestestcontrol.主題詞：可編程序控制器主題詞：

3、可編程序控制器型砂性能型砂性能在線檢測在線檢測質量控制質量控制目前，國內外最常用的依然是粘土砂濕型鑄造，在鑄件生產(chǎn)過程中，型砂的性能對鑄件質量、廢品率有著明顯的影響。廢品率居高不下與型砂控制不良有著直接的關系。據(jù)資料統(tǒng)計，鑄造車間的廢品有45%－55%可歸于型砂的成分和質量波動。近年來，計算機技術、自動控制技術以及人工智能技術飛速發(fā)展，并不斷被引進到鑄造生產(chǎn)線上，使得鑄造車間的機械化和自動化程度大幅度提高。隨著各種高效造型生產(chǎn)線的應用，

4、鑄造車間的生產(chǎn)效率大大提高，對型砂性能的穩(wěn)定性提出了更高的要求，因此迫切需要開發(fā)出相應的自動化、智能化的型砂質量監(jiān)控系統(tǒng)?？删幊绦蚩刂破髯鳛樽詣踊O備的控制核心，具有體積小、功能全、速度快、應用靈活、操作方便、穩(wěn)定可靠、便于擴展等優(yōu)良特性，在鑄造生產(chǎn)中獲得了廣泛應用。清華大學與青島天泰機械有限公司聯(lián)合開發(fā)的型砂性能在線測控系統(tǒng)就是一套以PLC為控制核心，全自動、智能化的型砂性能在線檢測和控制系統(tǒng)，經(jīng)工業(yè)現(xiàn)場使用證明控制效果良好。1PLC

5、PLC的選擇的選擇可編程序控制器（ProgrammableLogicalController），簡稱PLC，是六十年代末首先在美國出現(xiàn)的一種新型工業(yè)自動控制設備，成功地應用于美國通用汽車公司的汽車裝配線上。PLC是專為工業(yè)環(huán)境下的應用設計的，采用微電腦技術制造，以順序控制為主，回路調節(jié)為輔，能完成邏輯判斷、定時、計數(shù)、記憶和算術運算等功能；能夠控制開關量，也能控制模擬量；控制規(guī)?？梢詮膸资c到上萬點；可靠性高，適應于工業(yè)現(xiàn)場的高溫、沖擊

6、、振動等惡劣環(huán)境，廣泛應用于機械設備及生產(chǎn)流水線的自動控制；另外，PLC具有在線修改功能，借助軟件實現(xiàn)在線控制，可以使工業(yè)控制系統(tǒng)軟性化，適應生產(chǎn)過程不斷變化的需要，具有廣泛的工業(yè)通用性。鑄造生產(chǎn)環(huán)境惡劣、工序多、設備操作復雜。而可編程序控制器的優(yōu)良特性完全能夠適應鑄造生產(chǎn)中的苛刻的環(huán)境條件，并能夠滿足生產(chǎn)的需要，同時，PLC具有聯(lián)網(wǎng)功能和與上位機的通訊功能，便于系統(tǒng)的通訊和進一步的開發(fā)、擴展，因而在自動化的鑄造設備中廣泛應用PLC。尤

7、其是在自動化砂處理設備和造型線的控制當中，PLC是必不可少的控制核心。型砂性能在線檢測與控制中，所需的輸入輸出點不是很多，選用日本歐姆PLC的模擬量輸入單元和高速計數(shù)器采集到的信號先保存在PLC的DM區(qū)中，上位機通過串行通訊接口讀取PLC內部的數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理得到相應的濕壓強度、緊實率、溫差和加水量的數(shù)值。圖3數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)4與上位機的通訊與上位機的通訊在本系統(tǒng)中，采用異步串行通訊，按照RS232C通訊協(xié)議，利用CQM1型PLC的CPU單元

8、上的RS232C接口直接與上位機的COM1或COM2串行通訊口相連。以RS－232通訊協(xié)議的DB－9型連接為例，其接線方法如圖4所示。其中“2RXD”為接收數(shù)據(jù)引腳，“3TXD”為發(fā)送數(shù)據(jù)引腳，“7GND”為信號地。圖4上位機和PLC之間的數(shù)據(jù)通訊接線圖上位機的通訊程序用MicrosoftQuickC2.5編寫，采用查詢方式按照幀結構進行通訊。首先由上位機發(fā)出命令給PLC，啟動通訊，然后PLC自動發(fā)出一個響應。圖5是上位機命令的幀結構格

9、式，圖6是PLC響應的幀結構格式。圖5通訊的上位機命令幀結構格式圖6通訊的PLC響應幀結構格式其中，“節(jié)點號”用于標識與上位機通訊的PLC，“標題碼”為命令代碼進行的操作內容，“結束代碼”返回命令的完成狀態(tài)（例如是否發(fā)生錯誤），“正文”為命令參數(shù)或返回數(shù)據(jù)，“FCS”為兩字符的幀檢驗次序代碼，“結束符”為“”和回車符，表示一次發(fā)送結束。5工作時序協(xié)調工作時序協(xié)調系統(tǒng)正常運行的關鍵是要與混砂機的工作程相協(xié)調，在不影響原混砂周期的情況下，實

10、現(xiàn)系統(tǒng)的正常運轉，完成對型砂性能的在線檢測與控制。圖7測控系統(tǒng)的工作時序圖從測控系統(tǒng)的工作時序圖（圖7）可以看出，測控系統(tǒng)的一個檢測周期只有16秒。算上加水以及混碾延遲也只有50秒。一般系統(tǒng)只需要檢測三次、加水兩次，總周期T＝4502165＝125秒，特殊情況下可能會多加一次水，T＝T50＝175秒，完全可以滿足轉子式混砂機2.5～3分鐘（150～180秒）高速混砂周期的工作要求。為了便于系統(tǒng)的運行和維護，另外還設計了一套手動控制程序：

11、首先通過上位機設定加水量；當測控系統(tǒng)得到“混砂開始”信號的時，就會按照設定值給混砂機定量加水，然后可以手動控制檢測型砂性能、手動進行水的補加。無論在手動狀態(tài)還是自動狀態(tài)，都可以用“手動出砂”按鈕強行讓測控系統(tǒng)發(fā)出“出砂”信號，由原混砂機的控制系統(tǒng)控制出砂，以免在出現(xiàn)意外情況時系統(tǒng)陷入死循環(huán)。6應用效果應用效果本系統(tǒng)已經(jīng)經(jīng)過了理論研究和重復性、可靠性的實驗室驗證，并制造出了一套樣機，目前正在山東某鑄造廠進行工業(yè)現(xiàn)場生產(chǎn)驗證。雖然該廠的砂處