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铸造机械/压铸设备 |
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S7-200在双臂连续混砂机上的应用 |
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作者： |
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摘要：就西门子S7-200系列PLC在40T双臂连续混砂机上的应用给出了电气设计及程序编制的具体实现过程。
关键词：双臂移动式连续混砂机；PLC；铸造设备
1 混砂机的工作原理
随着铸件业务的需要以及对铸件质量要求的提高 ,树脂砂以其铸件尺寸精度高、表面质量好、旧砂回用率高等优点而得到广泛的应用。早期使用的铸造混砂设备是使用人工和简单机械完成,工作效率低,环境差，不能满足现代化大规模生产的要求。而移动式双臂连续混砂机是在满足现代化大规模生产要求的前提下设计并制造的。
1.1混砂机的组成
混砂机由平车、机座、大臂、搅笼、进砂闸门、液料加入系统、除尘系统、空压机、干燥机、储砂箱等组成，如图1所示。
图1 混砂机结构示意图
平车主要是通过行走,使混砂机的覆盖面更大。机座是混砂机的基础,将整个混砂机定位安装在车间内,机座上还要有足够大的空间放置液料泵、控制气源、阀箱、储砂箱及电控柜等必要设备。大臂将砂子从尾部均匀的将砂输送给搅笼,使落砂点从单线转变为一个面积很广的造型区域。小臂又称搅笼,搅笼在搅笼刀把高速旋转的搅笼壳内实现砂和液料的充分混合，满足工艺要求。进砂闸门通过电控实现自动加砂等一系列动作，还另设有手动调节流量插板来实现砂流量的标定及砂比例调节。液料加入系统确保液料准确的按比例加入。液料的加入要根据温度的变化和砂流量的变化而变化，所以另设了变频调节器进行调节，由PLC统一控制加料时间。除尘系统对大臂下砂点和搅笼出砂口除尘吸味。空压机给混砂机的气动控制系统提供压缩空气，并用干燥机对压缩空气进行干燥处理。
1.2 混砂机的工作原理
树脂自硬砂中的树脂粘结剂、催化剂均为液态，较易润湿砂粒表面，只要充分混匀即可，并不需要有强有力的碾压和搓研作用。树脂自硬砂在混制过程中，因树脂一旦与催化剂相接触，硬化反应便立即开始，树脂砂粘性便不断增加。如果其在混砂机内停留时间过长，不但不利于混合均匀，而且还浪费了可使用时间，又会粘附在混砂机体及混砂机构上。因此，对树脂自硬砂混砂机的主要要求是混匀速度要“快”，并尽量具备“自清洗”作用。采用的是叶片式混砂机，工作原理：由储砂箱暂存混砂用的砂子经进砂闸门和定砂闸板进入大臂，经大臂向小臂（搅笼）传送，以增大混砂覆盖面积，在小臂（搅笼）内加入树脂及固化剂进行充分搅拌后由出砂口放出。
2混砂机电气控制系统的设计
2.1控制系统的设计要点
选择西门子S7-226小型PLC，并扩展外接I/O模板来达到控制系统的要求。PLC使用24VI/O点型，外接小型中间继电器进行电压放大，确保PLC的I/O点和220V、380V电压物理上的隔离，输入控制电压使用24V安全电压，对操作人员来说能做到本质安全。采用隔离变压器380V/220V，再使用西门子专用24V开关电源对PLC供电。大臂、小臂使用变频器进行控制，确保平稳转动和运行。大车采用变频器，使行走和启动平稳运转。由于搅笼电机功率为37kW，不能直接启动，故使用了星-三角启动，启动程序由PLC控制完成。树脂和固化剂的设计由于要根据现场使用环境及下砂量的大小调节，特别是要求加入液料量的稳定，所以选择使用了变频器来完成，以满足铸造混砂工艺的要求。由于有个别地方不可能用电控方式直接完成，所以整个系统还使用了多个电磁气控阀来辅助完成控制。混砂机是直接面向现场操作人员的，在安全控制保护上有比较高的要求，除必要的机械保护外，在电气系统和程序上还设有大小臂极限、平车极限、搅笼防打开等安全保护，确保设备和人身的安全。电控柜上还设有动态显示屏，显示混砂机的运行状态，内设主要控制元件和执行元件、保护元件的状态信号灯，操作人员可通过模拟屏了解到混砂机的实时工作状态和简单的故障显示。
2.2 PLC的I/O点分布
根据自动化控制的要求，PLC的I/O信号分配如表1所示。
表1 I/O分配表
 注： I全为直流24V输入、Q为无源触点输出；1表示接通、0表示断开。
3混砂机控制程序的设计
3.1主程序的设计
主程序流程如图2所示。
图2 主程序流程图
3.2自动控制程序的设计及说明
在自动运行过程中，可以操作操作箱上的大臂和小臂回转手柄，使大臂小臂能够按操作人员的意图左右回转，当转至极限位置，因有极限保护限位开关，不会向极限位角度以外回转，同时平车也可由操作人员控制自由前进或后退，以加大混砂机的混砂覆盖面积。
将组合旋钮转至自动控制上，按混砂机操作箱上的“混砂运行”按钮，混砂机自动运行流程如图3所示。
混砂机停止：在按下混砂机控制箱上“混砂停止”按钮后，运行流程如图4所示。
图4 混砂机停止流程
4 结论
采用西门子S7-226 PLC控制的自动化40T移动式双臂连续混砂机，可靠性高，硬件结构简单、成本低廉、响应速度快、维修方便、性价比很高。经现场使用，其性能稳定、运行可靠、故障率低、混砂均匀、生产效率高。另外还可以根据实际需要很方便地进行扩展。程序稍作修改，就可以满足用户不同的控制要求。
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(9/19/2011) |
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