本科毕业论文-造型线自动控制技术应用

1、长春汽车工业高等专科学校继续教育学院 毕业论文（设计）中文题目： 造型线自动控制技术应用 英文题目： ZAOXINGXIANZIDONGKONGZHI JISHUYINGYONG 毕业专业： 汽车制造技术 学生姓名： 准考证号：指导教师： 二零一四年 二月目 录摘 要.3 前 言.3 一、多触头静压自动造型线的基本工艺流程.4二、自动线控制的基本原理.4（一） PC机设置与硬件组态简介.4（二） STEP_7总线分布STEP_7主程序功能说明.5（三） 故障检测程序功能与判断.10三、数控扎通气孔机的应用.11（一） 排气孔对铸件的作用及影响.11（二） 原生产线的老式机械扎孔机.12（三）

2、数控扎通气孔机.12（四） 实际效果.19四、结束语.20造型线自动控制技术应用作者：赵新摘要：铸造一厂球造车间469号造型线是在“十五”期间，引进的世界著名铸造设备生产厂家德国KW公司的静压造型机，辅机使用原国产设备，并于2007年先后完成主机和辅机两个S7控制系统合并和自行研制数控扎通气孔机技术改造。本文介绍了目前通用的先进自动控技术在自动线中的具体应用，其中包括西门子PC机及其软件以及数控技术在自动线中的应用。ABSTRACT：Casting ball made a factory workshop 469 moulding line was during the tenth five-

3、year plan, the introduction of the world famous casting equipment manufacturers in Germany KW company of static pressure molding machine, auxiliary engine using the domestic equipment, and in 2007, successively completed main and auxiliary machinery two S7 merger control system and the self-develope

4、d nc vent machine technical transformation. This paper introduces the general advanced automatic control technology in the application of automatic line, including Siemens PC and its software and the application of the numerical control technology in the automatic line. 关键词：造型线 自动控制 数控扎通气孔机前 言：铸造一厂球

5、造车间469号造型线是在“十五”期间，引进的世界著名铸造设备生产厂家德国KW公司的静压造型机，辅机使用原国产设备，全线分布：四台搬运车，捅箱机，分箱机，移落箱机，三台翻转机，合箱机，铣浇口机，扎气孔机，上下造型机等设备，全线分布有：造型型箱线，上下型运输线，浇注线，小车线，三条冷却线，全线占地面积600平米，原电控系统主、辅机分别由两台S7-400控制，两套控制系统，两个主操作台。造型机为德国KW公司进口的双主机，设有WINCC电脑人机界面监控提示。2007年先后完成主机和辅机两个S7控制系统合并和自行研制数控扎通气孔机技术改造。增加节拍监视和故障诊断功能、砂型质量跟踪功能、型板数据档案库和生

6、产数据档案管理。通过技术改造目前造型线的生产节拍从37秒/箱提高到33秒/箱。一 多触头静压自动造型线的基本工艺流程二、 自动线控制的基本原理（一） PC机设置与硬件组态简介在硬件组态中，可以明确地看到主站UR1，三个扩展单元，由一个接口IM 461-0串接三个IM 461_1接口。两个伺服变频器由PEOFIBUS连接DP主站系统。在硬件组态界面中可明确显示模块型号，数量，占用通道号，订货号输入输出地址分配硬件组态图片 控制系统使用：S7400型 PC机，主机使用 CPU 416_3 DP，主站输入模块地址027，发送器接口模块为IM 460_0型，带有通讯总线； 第一扩展单元为主机输出模块地

7、址019，接收器接口模块为IM 461_0型，带有通讯总线；第二扩展单元为辅机输入模块，接收器接口模块为IM 461_0型，带有通讯总线，输入模块地址40-99；第二扩展单元为辅机输出模块接收器接口模块为IM 461-0型，地址40-99，带有通讯总线，变频器由PROFIBUS总线连接PLC，监控电脑通过MPI接口连接等。（二） STEP_7总线分布CPU 主站DP扩展1，主机输出模块地址019，接收器接口模块为IM 461_0扩展2，辅机输入模块地址4099接收器接口模块为IM 461_0扩展3，辅机输出模块地址4099接收器接口模块为IM 461_0OP170BRS485接口发送器接口模块

8、为IM 460_0OP170B和计算机监控通过MPI接口连接PLC，变频器通过PROIFBUS-DP总线接口连接PLC。（三） STEP_7主程序功能说明1、STEP_7程序组成首先，在程序源文件夹中，包含有块文件和符号表，块文件包含有主程序设有10个OB组织块，包含有：主程序启动，循环中断CPU启动，模块故障处理等各项功能。9个FB功能块，包含有：带诊断步序程序，WINCC诊断，称量过程控制，模入量处理等功能块。45个DB数据块，包含有：型板数据，主机压力参数，砂称量参数，故障信息参数，WINCC个接口参数等参数值。120各功能步序链，包括从启动预警，运行停止，初始位置，和各个单机台每一机械

9、运行单步运行步序。符号表则包含输入输出地址命名，连锁条件地址命名，各个功能块，数据块，组织块和各功能的命名，以及时间继电器名等等。2、WINCC操作画面提示S7-400有着很强的通信功能，CPU模块集成有MPI和PROIFBUS-DP总线接口，在自动化系统中，PLC与计算机和HMI人机接口站之间均可交换数据。首先是造型线主画面提示，WINCC接口数据使用数据块DB53，运行方式选择，型板ID号，在标题栏中还可调出油泵运行画面，工作参数输入画面，辅助设备添加/停用选择画面，数据输入进入PLC装载，语言选择，故障信息显示。辅助设备添加/停用选择画面主要设备是扎气孔机和主机造型选择，在日常生产中最常

10、用的是故障信息显示功能，故障诊断数据来自DB55和DB56，他可以直接提示机械动作是否执行或到位，提示为占用或丢失，包括接近开关和连锁条件，有利于操作工人和维修人员对故障的直接判断和处理。主操作画面 油泵间运行操作画面 3、FC步序链结构首先，主程序设有DB5步序链状态数据块，在程序扫描过程中，进入一个步序程序功能块，要先将这个步序块上一次扫描执行的结果从DB5中读出，并存入当前执行的数据中，执行时按照步序顺序与当前要执行的步序号进行比较，如果相等，步序延时条件满足，则进入步序块，否则进入下一个步序程序功能块。一般步序链包含步序条件，“1”条件输入4个，：“0”条件输入4个，步序输出，“1”输

11、出3个，“0”输出3个和所有状态点EN：使能输入，检查是否在要执行的程序步，ENO：使能输出Prog_nr：本步序链程序号， Step_nr：下一个步序号，DB_SK：步序链数据块， res_1， res_2：备用DB_DIAG：诊断数据块 Freigabe：释放条件 fr：释放条件状态Sh_hand：启动条件 sh：启动条件状态Warte_S5T：步序延时，步序器的每一个步序都带有一个延时，用来控制下一个步序的执行，并且根据每一个步序延时需要设定时间常数。Ueberw_Z：节拍超长监视，根据每一个步序延时需要设定计数器常数，时钟周期为1秒，如果常数为5，监视节拍为5秒，5秒后没有完成信号，则

12、给出完成信号丢失或占用信息。Z_O：节拍监视结果，步序延时超长到时，计数器全零输出。FC步序器功能程序EN ENOProg_nr Z_OStep_nr faultsDB_SK res_1DB_DIAG res_2Freigabe frSh_hand sh1_bed1 fehlt_11_bed2 fehlt_21_bed3 fehlt_31_bed4 fehlt_40_bed1 f_bel_10_bed2 f_bel_20_bed3 f_bel_30_bed4 f_bel_4Warte_S5TUeberw_Z1_sollw11_sollw21_sollw30_soiiw10_soiiw20_so

13、iiw3FB201输出输入条件检测输入条件“1”状态输入条件“0”状态4、传感器与PLC通信在五线的传感器有压力传感器和荷重传感器两种，以荷重传感器为例，上下主机各有四个荷重传感器，根据不同铸件来控制加沙量，操作者在主机WINCC加沙量输入界面确定加沙量后参数给入模拟量输入模块，当执行主机加沙时，传感器经AE301变送器将mV信号转换成0-10V信号，送入S7模拟输入模块，采用桥压取样回路，以获得稳定的桥压，模拟量输入模块使用0-10V输入PLC的模拟量输入模块中，在WINCC界面设定加沙参数的同时，要减掉沙斗重量。5、模块和总线故障提示通信总线故障不仅有CPU故障指示灯提示，一般还会在硬件组

14、态理反应，例如：硬件组态图片中看到的UR1中央模块和三个ER1扩展模块组态以及总线连接和串型接口，以及主站和扩展中的每一路输入输出模块，电源模块，CPU模块，等等，任何一部分生模发生故障，都会有相对应的一路组态前端的绿色方块将变成红色的圈号给予故障报警提示，要求处理或更换。 故障报警（四） 故障检测程序功能与判断STEP_7-400故障检测功能检测过程中，控制程序的故障诊断分为两种：包括有DB241 步序条件诊断数据块，DB242通用条件诊断数据块。FC152故障诊断接口数据，用于处理在DB241 步序条件诊断数据块和DB242通用条件诊断数据块中的故障信息数据，送到DB55“1” 条件故障检

15、测数据块或DB56“0” 条件故障检测数据块中，以便WINCC读取后进行故障提示。FC152故障诊断的步序链程序号和步序链号送到DB53WINCC接口数据块中，由WINCC读取后进行故障提示。通用条件诊断功能块是检查“1” 条件输入，和“0”条件输入的，通用条件诊断是在特定条件下进行的，在这里主要检查设备的初始位置，动作的机械连锁条件。步序条件诊断功能块含有程序号，步序号，故障序号，步序条件诊断就是提供运行中序号，在通用信息一栏中显示。对于STEP_7故障检测功能，在处理故障时要分类进行，对于同一个动作仅仅提示丢失时，一般反应为机械动作没有到位。但是，当同一个动作的原位开关和到位开关同时提示前

16、位丢失后位占用时，一般反应为机械动作没有进行，也就是常说的没有输出或物质性动作。在日常生产当中，操作工人和维修工人均可通过故障检测功能提示提示，来分析和处理故障。故障信息数据处理流程程序号步序号“1” 条件输入1“1” 条件输入2“1” 条件输入3“1” 条件输入4“0”条件输入1“0”条件输入2“0”条件输入3“0”条件输入4步序延时超长监视步序条件诊断监视到时“1” 条件输入1“1” 条件输入2“1” 条件输入3“1” 条件输入4“0”条件输入1“0”条件输入2“0”条件输入3“0”条件输入4故障登陆步序条件故障登陆数据块DB241通用条件故障登陆数据块DB242FC152故障诊断接口数据

17、处理DB55“1”条件故障DB56“0”条件故障通用条件诊断DB53WINCC接口数据块WINCC故障提示程序号步序号故障信息“0”“1”三、 数控扎通气孔机的应用（一） 排气孔对铸件的作用及影响排气孔在造型工艺当中是一个十分重要的环节，由于浇注后流动的高温铁水充满型腔，在高温作用下型砂和芯砂会产生大量气体，其中包括：水蒸气，二氧化碳气体，略带异味的一氧化碳气体。这些气体如不能及时排除型腔，残留在型腔当中会对铸件质量产生影响，最为常见的铸件质量废品就是气孔，如果一氧化碳气体过多会发生炸箱现象，严重时未能凝固的铁水会随着炸箱产生的冲力四下飞溅，轻则损毁设备，重则发生人身事故。（二） 原生产线的老

18、式机械扎孔机原造型线辅机扎通气孔机，是根据型板通气孔位置，通过人工调整针板上通气针的位置和数量，更换型板占用辅助生产时间长。这是原生产线扎气孔机的简易图，是由气缸，气阀，带有燕尾槽的厚钢板以及数支钢质通气针组成。通气针通气针的数量是随着铸件的工艺要求增加或减少的，位置的调整由维修钳工，根据已经生产出来的砂型上的通气孔坐的位置手工调整。费时费力，而且还存在一定的安全隐患。首先，在调整通气针位置时，作为参照的砂型会被报废，也就是说每更换一次型板就会有一个砂型报废。另外，调整一次通气针，按照操作规程要求，必须停机，做好安全防护，这样生产线就会停产510分钟。（三） 数控扎通气孔机1、基本参数数控扎通

19、气孔机根据469造型线不同的型板通气孔位置数据，在人机界面上设置，按Y轴从大到小进行排序优化。通过交流伺服系统X轴、Y轴自动定位，气动升降缸在Z轴方向运动，在砂型上扎通气孔。Z轴上位和下位由磁敏开关控制。工作节拍：扎9个通气孔的时间为25.2秒。平均节拍为2.8秒/孔。砂箱箱口尺寸：1100 760mmY轴行程范围：501050mm ；X轴行程范围：50710mm旋转编码器分辨率4096inc，MCS41A00305A3400伺服控制器DFY90S/B/TH同步伺服电机2、外形结构这是数控扎通气孔机现场运行的图片数控扎通气孔机的机械安装简图（一）数控扎通气孔机的机械安装简图（二）从上面两张图片

20、可以看到数控扎通气孔机的机械结构基本包括：支撑框架、光杠、齿条、电机及减速器、Z轴气缸、气阀、接近开关，3、电气设备这是一张数控扎通气孔机单轴的接线原理图在这张图上可以看到数控扎通气孔机一个轴的电器组成部分，包括：SEW变频器、SEW同步电机、DC24V电源模块、制动电阻、断路器、接触器、热继电器以及相关线路配置。4、硬件组态及总线分布程序硬件组态当中伺服控制器的总线连接5、基本程序组成数控扎通气孔机的控制程序同样采用步序器结构，与前后单机的每个动作构成步，顺序动作构成一个步序器，也称为步序链。步序器之间根据前后单机之间的顺序首尾连接，形成一个大的步序链。每个步序器包含有：释放条件，启动条件，

21、转部条件。释放条件：是指在手动或自动状态下运行启动条件：连锁条件和链接信号作为步序的启动条件，包含有这个步序的最后一步的完成标志，手动/自动转换信号等必要的连锁条件。转部条件：是指该顺序步动作的初始条件和上一个顺序步动作的完成条件，它反映动作的变化边界。步序故障诊断检测转不条件，每一个步序都设有时间过长监视，超时后，将缺少的完成条件以故障信息显示，同时指示设备停在哪个步序器的哪一步。数控扎通气孔机的基本步序（FC31 扎通气针机）包括1. 调步序链初始状态 （实际步序号， FC程序号）2. Step 1 LBV 扎气孔机 释放3. Step 2 LBV 扎气孔机 下降4. Step 3 LBV

22、 扎气孔机 下降到位5. Step 4 LBV 扎气孔机 上升6. Step 5 LBV 扎气孔机 上升到位 结束基本相关联程序包括：FC37 上型线定位；FC299 调扎通气针机功能DB150 型板A数据块DB151 型板B数据块；DB89 型板A-Z扎通气针机数据。数据处理过程数控扎气孔机启动及转步过程数控扎气孔机工作过程6、自动扎孔机在生产中的使用（1）生产操作主WINCC视窗控制中心主机操作画面其中包括：生产用型板选择；造型线运行方式选择；带砂和带LBV选择；冷却带运行选择；F1F12功能键实际功能显示；型板更换选择；生产任务数量给定与实际完成显示；加料称量显示；故障诊断功能；自动扎孔

23、机选择等。（2）造型数据档案调出这个界面，操作人员可以按照生产任务单，准确地确认生产用型板的编号，直接调用相应的各项参数，如果遇到新开发的产品，各项数据调试确认后可以直接保存到数据库内，这其中包括X轴和Y轴的具体数据。（3）数控扎通气孔机数据调用及优化可以在新产品调试过程中，根据型板工艺要求填写X轴和Y轴的具体的测量数据，或直接调用造型数据档案库内的型板数据，这个界面一般用于调试型板，以便于根据所生产的产品的具体要求准确地调整通气孔位置。数控扎通气孔机根据造型线不同的型板通气孔位置数据，在人机界面上设置，经过优化后按Y轴从大到小进行排序排列。排列完成后的效果（4）造型线砂型的质量跟踪界面从下主机起始沿砂型运行方向，一直到捅箱机，造型线每个位置上的砂箱都有自己的属性。属性包括：空箱、废型、未浇注、已浇注、模板号、造型时间、浇注时间和累积冷却时间。这些可以从视窗控制系统的画面上看到，这样有利于铸件的质量跟踪和控制。根据属性中的模板号，造型机选定造型数据，数控扎通气孔机选定通气孔位置数据。（5）扎通气孔机系统在这个界面中能看到更换型板后生产的砂型是否已经运送到数控扎通气孔机的工