浅谈树脂砂造型线的电气控制

摘要：树脂砂造型线采用西门子SIMATICS7-200、S7-300、S7-400可编程控制器对整个辊道线和造型圈进行控制，从而实现整条造型线的自动运行。

关键词：可编程控制器；自动控制 ；造型线；监控系统

一、系统概述：

铸锻厂树脂砂造型线是为满足WD615欧2机体毛坯铸件供应而上的一条线，这条线从理论论证、车间基建施工、设备定做、安装、调试到正常生产仅用了不到一年的时间。整条线全部采用国产名牌设备，电控系统一律要求采用西门子产品。投产后，年产合格WD615欧2机体毛坯6万台，满足了主机厂的需要。

二、系统组成及工艺流程简介

1.系统组成：

整条树脂砂造型线由四大部分组成：混砂机系统、造型圈系统、铸型输送辊道系统和旧砂再生系统，由于混砂机系统和旧砂再生系统相对独立，本文将不做介绍。

（1）造型圈系统：

造型圈系统共有两套，分别造机体的上下盖型和两个侧面型，两套设备除了模具不同其他完全相同，每套设备主要由造型振实台、两台转运小车、翻转托板机和翻转起模机组成。其工作过程为：通过混砂机放出的树脂砂进入造型振实台的模具内，振实后通过转运小车运到翻转托板机上，加上托板后进入翻转起模机内，通过振动起模，将造出的砂型和模具分开，模具通过另一台转运小车回到振实台进入下一个循环，砂型放在托板上，进入辊道线。

（2）铸型输送辊道系统：

铸型输送辊道系统主要由两台砂型表干炉、三条砂型冷却道、两条研箱辊道、一条托板返回辊道、一条浇注辊道、一条套箱返回辊道、五条铸型冷却道、一条底板返回辊道、七台转载机和六台转运小车组成。其工作过程为：通过造型圈造出的砂型首先进入砂型表干炉进行烘干，然后进入砂型冷却道进行冷却，冷却后进入研箱辊道，由研箱工将芯子组研成机体砂型，进入浇注辊道，托板则由托板返回辊道返回造型圈，砂型经浇注后进入铸型冷却道，经过一段时间的冷却后进入落砂机打箱，打出的铸型毛坯转入清理工序，砂子则进入旧砂再生系统，底板通过底板返回辊道回到造型圈进行循环。

2.工艺流程简介

工艺流程过程图如下：

三、控制系统硬件配置

1.铸型输送辊道系统：

由于整个辊道输送线路较长，辊道多，共有114个辊道电机，400多个接近开关，以及5个变频器控制转运小车的快慢速等，所以选用分布式I/O控制。以S7-400作为主站，下挂5个分站，构成了一个PROFIBUS子网。各站的硬件配置分别为：

主站：中央处理模块（CPU）：CPU414-2DP；数字量输入模块（DI）： DI16*DC24V；数字量输出模块（DO）：DO16*DC24V；电源模块 PS405，4A。

分站：接口模板（IM）：IM153-1，数字量输入模块（DI）：DI32*DC24V，数字量输出模块（DO）：DO16*AC120/230V。其中1#分站：输入4块，输出4块；2#分站：输入4块，输出4块；3#分站：输入3块，输出4块；4#分站：输入4块，输出4块；5#分站：输入1块，输出2块。

工控机配置：

工控机采用西门子公司的PG670与S7-400可编程控制器构成PCS系统。

各分站各挂一台OP270人机操作界面，完成各分站的所有手动控制，并显示设备当前运行状态以及故障报警信息等。

2.造型圈系统

造型圈系统由于点数相对较少，所以以S7-300作为主站，下挂两个分站，分别对液压站和造型圈的其它设备的点进行采集，与主站进行通讯，构成一个小型的PROFIBUS子网，各站的硬件配置为：

主站：中央处理模块（CPU）：CPU313C-2DP； 数字量输入模块（DI）：DI32*DC24V；数字量输出模块（DO）：DO16*DC24V/0.5。电源模块：PS307，2A。

1#分站：S7-200 CPU224，1块；输入输出模块，EM223，2块；EM277，1块。2#分站：S7-200 CPU224，1块；输入输出模块，EM223，1块； EM221，1块；EM277，1块。

四、控制系统软件构成

系统软件包括下位机PLC控制软件和上位机人机界面软件，组态软件为STEP7 V5.2及WINCC V5 .1和PROTOOL V6 .0，其中STEP7 V5.2完成系统组态和编程，WINCC V5.1用在PC机上的现场监控，PROTOOL完成OP270上的操作。

1.下位机PLC控制软件

硬件的组态、各功能块（FB或FC）的创建，符号表的编制等都是在STEP7 V5.2环境下完成的。整个辊道线采用步进控制，冷却道的选择可用自动识别或手动选择，冷道出箱打箱采用手动控制。研箱辊道加装独立的手控台，可独立运行一段辊道，其他设备自动运行不受影响。造型圈运行时，给辊道线一个运行信号，整条线步进运行，当造型圈停止时，辊道线可继续完成输送任务。

2.上位机人机界面软件

上位机人机界面软件采用的是西门子公司的WINCC V5.1，该系统功能强大，是在生产和过程自动化中解决可视化和控制任务的工业技术中性系统。它提供了适用于工业的图形显示、消息、归档以及报表的功能模板。高性能的过程耦合、快速的画面更新以及可靠的数据使其具有高度的适用性。

通过人机界面，可以有效地实现远程监控和故障报警等功能。我们可以在中控室的上位机PG670上清楚地看到整条线的运行情况，看到各执行元件和位置传感器的工作状态。通过编辑各种报警消息，可以对设备运行中的故障即时报警提示。

3.PROTOOL组态软件

由于PROTOOL能够集成到SIMATICSTEP7组态软件中，这样将允许STEP7的符号和数据块作为PROTOOL中的变量，所以在本生产线的所有现场操作界面上（OP270）均用PROTOOL软件。

在辊道线系统中所有的手动控制均用现场的OP270操作面板通过改变PROTOOL中的变量状态连接到PLC中来实现，并能作出友好的可视性现场画面以及即时的报警信息。

五、结论

该线运行一年以来，除了更换了一个输出点外，基本没有出现大的电控故障，这不仅说明西门子电控元件的高性能和可靠性，同时，说明软、硬件的组态也较为出色。

（作者单位：山东科技职业学院，山东 潍坊 261053）