可編程序控制器在型砂性能在線測控中的應(yīng)用

1、可編程序控制器在型砂性能在線測控中的應(yīng)用可編程序控制器在型砂性能在線測控中的應(yīng)用張立光吳浚郊（北京：100084清華大學(xué)）劉升遷（山東平度市：266721青島天恒機(jī)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(yīng)用。利用PLC進(jìn)行型砂性能在線檢測與控制，能夠準(zhǔn)確地測量型砂的緊實(shí)率、濕壓強(qiáng)度，并能夠?qū)⑿蜕暗木o實(shí)率波動控制在3％的范圍之內(nèi)，使型砂質(zhì)量保持穩(wěn)定，取得了良好的應(yīng)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(zhì)量控制質(zhì)量控制目前，國內(nèi)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(zhì)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(guān)系。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，鑄造車間的廢品有45%－55%可歸于型砂的成分和質(zhì)量波動。近年來，計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)以及人工智能技術(shù)飛速發(fā)展，并不斷被引進(jìn)到鑄造生產(chǎn)線上，使得鑄造車間的機(jī)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(yīng)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(yīng)的自動化、智能化的型砂質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)?？删幊绦蚩刂破髯鳛樽詣踊O(shè)備的控制核心，具有體積小、功能全、速度快、應(yīng)用靈活、操作方便、穩(wěn)定可靠、便于擴(kuò)展等優(yōu)良特性，在鑄造生產(chǎn)中獲得了廣泛應(yīng)用。清華大學(xué)與青島天泰機(jī)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(shè)備，成功地應(yīng)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(yīng)用設(shè)計(jì)的，采用微電腦技術(shù)制造，以順序控制為主，回路調(diào)節(jié)為輔，能完成邏輯判斷、定時(shí)、計(jì)數(shù)、記憶和算術(shù)運(yùn)算等功能；能夠控制開關(guān)量，也能控制模擬量；控制規(guī)?？梢詮膸资c(diǎn)到上萬點(diǎn)；可靠性高，適應(yīng)于工業(yè)現(xiàn)場的高溫、沖擊

6、、振動等惡劣環(huán)境，廣泛應(yīng)用于機(jī)械設(shè)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(shí)現(xiàn)在線控制，可以使工業(yè)控制系統(tǒng)軟性化，適應(yīng)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(shè)備操作復(fù)雜。而可編程序控制器的優(yōu)良特性完全能夠適應(yīng)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(shí)，PLC具有聯(lián)網(wǎng)功能和與上位機(jī)的通訊功能，便于系統(tǒng)的通訊和進(jìn)一步的開發(fā)、擴(kuò)展，因而在自動化的鑄造設(shè)備中廣泛應(yīng)用PLC。尤

7、其是在自動化砂處理設(shè)備和造型線的控制當(dāng)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(diǎn)不是很多，選用日本歐姆PLC的模擬量輸入單元和高速計(jì)數(shù)器采集到的信號先保存在PLC的DM區(qū)中，上位機(jī)通過串行通訊接口讀取PLC內(nèi)部的數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理得到相應(yīng)的濕壓強(qiáng)度、緊實(shí)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(jī)的通訊與上位機(jī)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(jī)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(jī)和PLC之間的數(shù)據(jù)通訊接線圖上位機(jī)的通訊程序用MicrosoftQuickC2.5編寫，采用查詢方式按照幀結(jié)構(gòu)進(jìn)行通訊。首先由上位機(jī)發(fā)出命令給PLC，啟動通訊，然后PLC自動發(fā)出一個(gè)響應(yīng)。圖5是上位機(jī)命令的幀結(jié)構(gòu)格

9、式，圖6是PLC響應(yīng)的幀結(jié)構(gòu)格式。圖5通訊的上位機(jī)命令幀結(jié)構(gòu)格式圖6通訊的PLC響應(yīng)幀結(jié)構(gòu)格式其中，“節(jié)點(diǎn)號”用于標(biāo)識與上位機(jī)通訊的PLC，“標(biāo)題碼”為命令代碼進(jìn)行的操作內(nèi)容，“結(jié)束代碼”返回命令的完成狀態(tài)（例如是否發(fā)生錯(cuò)誤），“正文”為命令參數(shù)或返回?cái)?shù)據(jù)，“FCS”為兩字符的幀檢驗(yàn)次序代碼，“結(jié)束符”為“”和回車符，表示一次發(fā)送結(jié)束。5工作時(shí)序協(xié)調(diào)工作時(shí)序協(xié)調(diào)系統(tǒng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵是要與混砂機(jī)的工作程相協(xié)調(diào)，在不影響原混砂周期的情況下，實(shí)

10、現(xiàn)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，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(shí)序圖從測控系統(tǒng)的工作時(shí)序圖（圖7）可以看出，測控系統(tǒng)的一個(gè)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(zhuǎn)子式混砂機(jī)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(yùn)行和維護(hù)，另外還設(shè)計(jì)了一套手動控制程序：

11、首先通過上位機(jī)設(shè)定加水量；當(dāng)測控系統(tǒng)得到“混砂開始”信號的時(shí)，就會按照設(shè)定值給混砂機(jī)定量加水，然后可以手動控制檢測型砂性能、手動進(jìn)行水的補(bǔ)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(qiáng)行讓測控系統(tǒng)發(fā)出“出砂”信號，由原混砂機(jī)的控制系統(tǒng)控制出砂，以免在出現(xiàn)意外情況時(shí)系統(tǒng)陷入死循環(huán)。6應(yīng)用效果應(yīng)用效果本系統(tǒng)已經(jīng)經(jīng)過了理論研究和重復(fù)性、可靠性的實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證，并制造出了一套樣機(jī)，目前正在山東某鑄造廠進(jìn)行工業(yè)現(xiàn)場生產(chǎn)驗(yàn)證。雖然該廠的砂處