综合运用PLC 技术和计算机自动控制设计差压铸造过程自动化控制系统

童保军

（广东松山职业技术学院，广东 韶关 512126）

差压铸造是一种先进的生产工艺，但是铸造效率和铸件质量都较容易受到多种因素的影响，其中气路系统对铸件质量有较为直接的影响。在工业自动化控制技术飞速发展的今天，自动化控制技术已经广泛地运用到现代铸造业中，而将PLC 技术与计算机自动控制综合运用到差压铸造，建立自动化控制系统，不仅能够提高系统运行的稳定性，还能够降低大维修的几率，更能够提高铸件的质量。可见，基于PLC技术和计算机自动控制的差压铸造过程自动化控制系统的研究，具有重要意义。

1 差压铸造设备的特征

差压铸造技术应用的范围越来越广泛，而要想差压铸造技术获得更好地发展，就要结合先进的科学技术进行创新研究，不断地提高差压铸造技术的水平，提升铸件的质量。

1.1 差压铸造金属液

差压铸造金属液往往是在密封罐内，在一定气体压力下充型，进而形成高质量的铸件，因此带来一系列有利于获得高质量铸件的因素，可以归纳为四个方面：一是高压气体作用下金属液凝固，抑制了析出性气孔的形成；二是铸型内的压力小于金属液表面的气压，消除了铸造的一些缺陷，如缩松、缩孔等，同时还提升了铸件的力学性能；三是铸型内部气压作用于金属液表面，加大了气体气膜的密度，进而有效地改善了铸件的表面质量；四是能用气体作用于合金元素，气体高压下，有助于提高气体的溶解度，使气体溶解于金属液中，进而使合金的耐磨性能得到提升。

1.2 差压铸造金属型

差压铸造也可以选择铸造金属型，而实践中，生产量较小时，往往会选择砂型铸造；反之，生产量较大时，往往会选择金属型。目前，国内对铸件的重量并未有一个明确、特定的限制，其中最大的铸造件的直径为540mm、厚度为8mm，且常用的铸造合金材料有铸钢、锌合金、铝合金等。

2 差压铸造气路自动控制系统的结构

差压铸造自动化控制系统主要有5 个子系统构成，分别为：气源系统、排气系统、压缩系统、进气系统以及过滤系统。而差压铸造设备可以分为主体和辅助这两大部分，如图1。结合图1 发现主体部分主要包括上密封罐、下密封罐、中间隔板以及升液管等；而辅助部分主要包括压力表、安全阀、气路控制系统以及压缩机等。其中，密封罐往往会安置在保温炉的上方，且上、下密封罐同时作用下，压力同步后，上密封罐就会排除提起，形成气压差，实现充型。

图1 差压铸造气路系统

3 差压铸造气路自动控制系统设计

气路控制系统是差压铸造过程自动控制系统的子系统之一，它主要由气源过滤、进气调压以及排气这三个子系统组成，所以在设计气路自动控制系统时，可以分为设计气源过滤系统、进气调压系统以及排气系统这三部分进行完成。该系统的总体结构图，如图2。

图2 系统总体结构图

3.1 气源过滤系统设计

差压铸造的动力来源于“压缩空气”，但由于空气不够洁净，夹杂着水分与油性物质，所以在空气进入系统之前，要进行妥善地处理，确保进入底座的空气洁净，进而确保铸造设备能够正常运行，同时还能够确保铸件质量，甚至为提高铸件质量奠定良好的基础。处理空气时，一般会综合运用冷却吸附干燥机和油水分离器，确保空气中的水、油性物质得到分离。除此之外，差压铸造需要源源不断地洁净空气，才能够确保整个系统正常运行，因此要采用先进的技术，提高压缩空气的稳定性，进而确保系统运行过程中压力的稳定性。在设计时，系统采用的储气罐体积要大于上、下密封罐体积之间，即：，并且经过处理后得到的压缩空气需要进行深入的净化处理，大致可以分为两种情况：如若差压铸造系统中的管径小于1 时，压缩空气就需要经过减压阀、过滤器等设备进行深入地净化；反之如若差压铸造系统中的管径超过1 时，压缩空气则需要集中设备同时使用。

3.2 进气调压系统设计

进气调压系统一般由上密封罐、下密封罐、节流阀及管道等组成，它在正常运作时，压缩气体会同时进入到上密封罐和下密封罐中，待等上密封罐与下密封罐压力平衡（即：后，调整阀门，达到上密封罐压力减小或者下密封罐压力增大效果，简单来讲就是上、下密封罐产生“压力差”。但是，如若进气管道的路径设计并不一致，甚至存在差异的情况下，那么上、下密封罐虽同时进气，却仍旧会存在“压力差”，因此在设计时，一定要认识到管路设计合理的重要性，进而结合实况进行恰当的设计。如若上密封罐压力过大时，铸造金属液就出现气泡；反之如若上密封罐压力过小时，铸造金属液就会提前充型。上述两种情况，都不利于铸件质量的提高。

结合图1，进气时，可以将电磁阀L1、L2 以及L3 这三个阀门同时打开，待等密封罐联通满足压力需求后，将电磁阀L1、L2 以及L3 关闭。进气结束后，首先将电磁阀L5 打开；然后在按照顺序打开电磁阀L6、L7、L8 这三个阀门，使上密封罐压力减小，进而形成压力差，使铸造金属液开始上升，直至完成充型这一工艺。结合设计要求，系统运作过程中，要按照顺序调节J6、J7、J8 这三个节流阀。如若系统未出现明显气压泄露，则仅需要轻微调整节流阀。无论设计如何完美，在系统实际运行过程中，密封罐都不能够绝对密封，往往会出现压力逐渐下降的情况，因此要及时调整节流阀J9，确保密封罐压力差的稳定性，促使系统正常运行，保证铸件质量，更为提高铸件质量和工作效率奠定良好基础。

3.3 排气系统设计

排气系统是差压铸造的最后一道工序。稳定“压力差”工序完成后，打开电磁阀L3，对电磁阀与节流阀进行整合调整，进而使上密封罐与下密封罐的压力达到平衡状态，基于此将气体排出。如若差压铸造过程中，发生了意外事件，那么就需要采用手动方式，对排气阀门进行调整，进行紧急泄压。在实际操作过程中，不能将电磁阀L3 打开，否则会导致压力骤变，进而造成无法估量的后果，因此要通过调整节流阀J3,使上密封罐压力与下密封罐压力，即：后，将电磁阀L4 打开，进行排气。如若，上密封罐与下密封罐之间连接失败后，就要打开调节阀J4 进行联通。

4 结语

结合实况，运用PLC 技术与计算机自动控制，建立的差压铸造过程自动化控制系统，却能够实现“控制”差压铸造过程的目标。将该系统应用于实践中，不仅能够提高稳定性，降低铸造设备大维修的几率，还能够提高铸件质量，更重要的是系统具有操作简单的特征，能够提高差压铸造的生产力。简单来讲，该系统较为适应当前地经济体制，更是社会发展的需求，促使铸造业获得一个更好地发展。