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  • SIEMENS WinAC在壓鑄機中的應用
    西門子(中國)有限公司工業自動化與驅動技術集團自動化系統部

    壓鑄機簡介
    合金鑄造方法可分為:重力澆注、低壓鑄造、半固態壓鑄、半熔注塑法及壓鑄。其中較為普通的是壓鑄工藝,壓力鑄造(簡稱壓鑄)是將熔化的金屬,在高壓作用下,以高速填充至型(模)具型腔內,并使金屬在此壓力下凝固而形成鑄件的一種方法。高壓、高速是壓鑄法最重要的特點。壓力鑄造是所有鑄造方法中生產速度最快的一種方法,填充初始速度在0.5~70m/s范圍。
    合金可用冷室或熱室壓鑄。在選擇壓鑄機時,以鑄件的壁厚決定所使用的工藝。中小型合金鑄件特別是薄壁件采用熱室法,大型、受力的厚壁件采用冷室法。我們以鎂合金壓鑄機為例進行分析。



    冷室壓鑄機的技術要求
    · 由于鎂合金的比壓要求(300-400bar)較低,需要較小的射料力才可達到較佳效果,因此壓鑄機最好可配上不同射料力。
    · 由于鎂合金較易凝固,因此要求大流量短填充時間,實際射速每秒6-7米以上,空速要求更高。
    · 由于鎂合金壓鑄工藝較難控制,機器的穩定性及參數可控性要求較高,最好有監控圖表,生產數據顯示,生產統計表及壓射參數自動計算等。

    控制系統特點及WinAC的有效解決方案
    鎂合金冷室壓鑄機的自動控制系統的主要特點是實現生產數據的高速采集、高效的控制過程、豐富細致的生產信息、方便的生產數據訪問接口等。WinAC 控制器作為鎂合金冷室壓鑄機自動控制系統的核心,它的工作內容主要是:執行壓鑄機運行的所有控制邏輯,與人機操作界面交換數據,調用WinAC ODK 編制的高速采集卡驅動程序,完成數據采集和控制輸出。

    1. 高速性能的要求:生產過程中,要求控制系統能夠準確采集8 秒鐘高速生產過程中的所有數據,完成對設備的實時控制,并且每個數據采集與實時控制的精度等于0.3ms。因此本系統中的高速問題涉及到了高速數據采樣、高速數據存儲、高速控制算法運算等幾個方面。針對高速數據采集,采用了第三方(研華)基于PC 機標準的ISA 數據采集卡,通過WinAC ODK編制的VC++程序驅動控制數據采集卡,能夠穩定、高速的完成數據的采集和存儲,并與WinAC 進行數據的交換。針對大量的數據問題,我們通過WinAC ODK編制的VC++程序將數據以一定的格式存儲在PC 機硬盤上,再用同樣的格式讀取這些數據,再進行數據的處理和數據庫的操作。解決高速控制和計算問題,就需要用到WinAC RTX 精確高速的性能。WinAC RTX基于操作系統的實時擴展內核(Venturecom/ Ardence),采用以異步方式編程,可以獲取更精確的控制時間,不受WinAC 控制器本身各種因素的限制,象系統資源占用、最小掃描時間等。

    2. 大量數據處理的要求:以0.3ms 的采樣精度計算,一次完整的打料壓射過程,系統必須至少存儲24000 條記錄,一條記錄中的壓力值、位置值、閥門開度值需要8 個字節的存儲空間,所以一次壓射就是192k 的數據量。每個星期記錄3000 次以上壓射過程,因此需要完成對192k×3000=576M 數據的統計分析。要完成如此大量歷史記錄的存儲查詢以及數據的統計分析,控制系統必須具備強大的運算和存儲能力,因此需要利用PC 機的CPU、內存、硬盤等硬件資源。

    3.復雜的處理過程的要求:一個壓鑄過程中,快速壓射的速度為10m/s 左右,壓射行程小于1m,所以要在少于100ms 的過程中完成壓力的檢測、位置的測量、比例閥的控制等多項工作任務。并且要求對壓鑄時的充型過程的速度和壓力曲線進行實時控制,即判斷壓鑄機的壓力、位置以及外部的控制操作等數據信息,分別執行慢壓、一快壓鑄、二快壓鑄、三快壓鑄、增壓壓射、壓射回錘等壓鑄生產的工藝過程,并根據高速采樣獲得的油路入口壓力、油路出口壓力以及壓射位置進行控制算法的運算,將結果高速輸出到油路入口調節比例閥,調節壓射缸體內的壓力,改變壓射速度,完成理想的壓射曲線輸出,實現閉環控制。 WinAC ODK 應用開發包(WinAC Open Development Kit)可以在C 語言開發環境中編寫程序代碼,生成動態鏈接庫,完成復雜的控制計算。


    4.良好的系統擴展能力:需要連接第三方設備,PC 機作為近年發展最快的標準設備,具有非常好的兼容性,用戶添加其他第三方的相關設備時,總是可以以標準的接口方式與PC 機相連,并且輕而易舉地實現第三方設備與WinAC 控制器之間的數據交換。

    5.個性化人機界面的需要:(1)壓鑄監測系統需要顯示整個射料過程的壓力及速度曲線,在試生產時幫助設定最佳的射料曲線并儲存,同時監察每一批次壓鑄過程的穩定性;(2)對數據庫系統進行操作,而且通過數據庫進行數據管理,縱向比較成千上萬次壓鑄過程中快壓射最大速度和建壓時間不同的變化和趨勢,總結出高品質壓鑄生產過程參數調整的知識庫,為以后開發壓鑄機模糊控制系統奠定一定基礎。(3)與車間管理系統連接。通過WinAC的OPC接口及ODBC開放標準,用C++Builder編制壓鑄機控制操作界面和數據庫存儲與訪問的應用程序,完成壓鑄機的生產操作、運行參數設置、生產信息查詢等應用功能。

    系統配置
    (1) Panel PC870
    (2) 通訊卡CP5613
    (3) WinAC RTX
    (4) WinAC ODK
    (5) IM153-1
    (6) PCI-1716
    (7) PC1-1784

     
     
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