垂直分型自动造型机的液压伺服电气控制系统

李长太，钟 鹏，崔锦光，滕晶晶

（青岛双星铸造机械有限公司，山东青岛 266400）

垂直分型自动造型机的液压伺服电气控制系统

李长太，钟 鹏，崔锦光，滕晶晶

（青岛双星铸造机械有限公司，山东青岛 266400）

采用伺服双联泵PID闭环控制技术实现了垂直分型自动造型机的运行流畅，节能环保。结果表明，采用所提供的技术方案提高了铸件的产品品质，适合大量推广应用。

伺服双联泵；自动造型机；控制技术

1 垂直分型自动造型机简介

垂直分型自动造型机是我公司消化吸收国内外先进技术，并结合我国铸造行业特点而设计的机型。该机采用垂直射砂、双面压实的造型原理，可自动实现射砂、压实、起模、合型等造型工序。适用于粘土砂铸造工艺、中小铸件的大批量生产，效率高，铸件尺寸精确、表面品质高。该机液压系统采用伺服双联泵PID闭环控制，到达设定压力自动控制大泵卸荷小泵压实，电控系统采用高精度位移传感器配合西门子PLC、触摸屏自动调节伺服移动速度和压力，程序控制通过调用优化的PID模块，使速度和压力曲线更加柔和，定位更加精准，合型精度误差小于0.1 mm。通过以上控制技术可实现整机运行噪声小于85分贝，节电40%，动作运行流畅，节能环保。

2 垂直分型自动造型机的工作过程及控制原理

造型机的工作过程由合腔、射砂、压实、起模I、推出合型、起模II六个工序组成。这六个工序的自动循环由液压、气路、电气联合控制完成。液压部分主要采用伺服电机带动双联泵配合液压阀的开关来分别控制正压板油缸和反压板油缸的进出。其动作顺序见表1。

气路部分主要依照造型线的六个工序分别对射砂阀、排气阀、砂闸阀等控制阀进行开关控制，其动作顺序见表2 。

表1 液压阀动作顺序

电气系统根据造型机工序要求控制程序如下：

(1)合腔。反压板关动作，一起随动的位移传感器发位置信号，到达分型剂开位置开分型剂阀，到定时值关；到达反压板关位置反压板停。

(2)射砂。砂闸门打开，感应到开到位信号开启加砂机，砂量通过电容式料位计检测到料满停加砂机；延时关闭砂闸门，感应到关到位信号开密封气囊阀；检测到反压板到达关位置信号后开启射砂阀，到定时值关闭。

(3)压实。排气阀打开，检测到开到位信号关闭；正压板推出、反压板关同时动作进行压实，压力传感器检测到设定压力值停止压实动作。

表2 气阀动作顺序

(4)起模I。反压板开动作，同时反压板吹静阀开，反压板震动阀开（到定时值关），一起随动的位移传感器发位置信号，到达反压板开位置反压板停，反压板吹静阀关。

(5)推出合型。正压板推出动作，推动砂型到达合型位置完成合型；延时同辅机同时推出砂型，到推出停止位停。

(6)起模II。压砂型器阀开，压住砂型，正压板退回，到停止位停。

整机完成一个造型循环动作。

3 垂直分型自动造型机控制系统的设计规划

垂直分型自动造型机液压系统选用力士乐液压专用伺服电机控制，采用流量、压力双信号力矩模式，在泵组出口处设有一个4～20 mA压力传感器，模拟量信号接到伺服控制器信号输入端，可根据流量、压力输入信号自动闭环调节伺服电机输出转速，实现油缸运行速度、压力无极可调。

电控系统选用西门子S7-300系列PLC作为程序控制中心，其输入模块为32点，输出模块采用32点晶体管输出，控制元器件则为DC24V继电器隔离；位移传感器、压力传感器使用16位高速模拟量输入模块，可快速精准的处理采集信号，其它选用12位模拟量输入、输出模块；外部操作部分选用西门子精智型触摸屏，实现可视化操作，显示和调节各工序动作参数，操作面板设计为手动、自动，单次、连续，空载、负荷，有芯、无芯等操作模式。

造型线油缸动作根据工序的不同有慢速、快速和低压、高压的变化要求，这其中变化过渡的平滑性是困扰造型机生产厂家的难题。我公司通过选用以上硬件控制系统，配套PID程序软件控制系统，极大改善了油缸动作变化的柔性过渡，降低了油缸的运行噪音，提高了定位精度和延长了使用寿命。下面就程序软件控制关键点做如下阐述：

(1)伺服电机根据伺服控制器的流量、压力输入信号的变化而改变转速，输入信号则是由PLC模拟量输出模块的0～10 V电压提供，因此油缸改变速度和压力时的平滑性跟PLC的模拟量输出值的变化曲线有很大的关系，该控制程序采用在中断循环块OB35中调用西门子PID功能块FB41，把当前运行速度和压力设成PID反馈值，把需要达到的速度和压力设成PID的给定值，编制相应的辅助程序，把西门子专用PID功能块改装成了无极变速、变压程序块，配合位移传感器位置信号平滑过渡到设定速度、压力，从而达到油缸动作变化的柔性运行。

(2)触摸屏作为可视化操作界面，起到监控和调整运行参数的作用，在其界面上增加了速度、压力设定和运行数据曲线，PID调整参数输入框，根据设定和运行数据曲线的比较，适当调整参数值，达到油缸理想的运行效果，方便直观。

4 结束语

垂直分型自动造型机采用上述液压伺服电气控制技术，降低了机器的故障率，节能环保。PID程序控制的创新，解决了造型线油缸动作变化的平滑性难题，提升了该机的合型定位精度。

Hydraulic servo electric control system of vertical parting type automatic molding machine

LI ChangTai,ZHONG Peng,CUI JinGuang,TENG JingJing
（Qingdao Double Star Casting Machinery Co., Ltd.，Qingdao 266400，Shandong,China）

：The PID closed loop control technology of the servo pump is adopted to realize the running smoothly, energy saving and environmental protection. Results show,Adopting the technical proposal provided by the method can improve the product quality of the casting, and is suitable for a large amount of popularization and application.

Servo double pump；Automatic molding machine；Control technology

TG231.6；

A；

1006-9658（2016）05-0070-02

10.3969/j.issn.1006-9658.2016.05.020

2016-05-09

稿件编号:1605-1362

李长太（1976—），男，总工程师，主要从事铸造设备的研发、制造和技术管理工作.