淺析PLC觸摸屏在壓鑄模中的應用

鄒寧

摘 要：在壓鑄模溫度控制中，最難控制的溫度就是壓鑄模細小型芯針的溫度。針對壓鑄模型芯針容易斷裂、粘模、變形及壓鑄件形成的小尺寸孔質量差等缺陷，將PLC觸摸屏技術應用到型芯針冷卻控制系統中，取得了良好的效果。主要是利用吹壓縮空氣和高壓冷卻水相結合的冷卻方式進行對型芯針溫度的控制，且冷卻水是在單獨封閉的空間內形成循環使用。其主要是采用PLC觸摸屏控制方案作為系統硬件設計，其系統核心的組成為觸摸屏、PLC、A/D轉換模塊；采用PLC控制程序結合觸摸屏組態界面組成了系統軟件設計。從實際生產中可以得出，通過此系統的控制使型芯針溫度能夠在很小的范圍內波動，進而延長了其使用壽命。并提高了鑄件的質量，大大降低了廢品率。此應用系統的特點為：控制動作可靠、穩定；參數顯示、查詢、輸入方便；系統界面簡潔、直觀等。

關鍵詞：壓鑄模；型芯針溫度；冷卻系統；PLC觸摸屏

壓鑄件的內部質量和外觀質量及壓鑄模使用壽命的長短都受壓鑄模溫度及控制技術的影響，只有在控制好模具溫度的前提下，才實現既經濟又高效地生產出高質量的壓鑄件。針對壓鑄模而言，當溫度過低時，因壓鑄模的型芯針處在內外溫差大的環境下，液態金屬就會對其產生強烈的沖擊，受到沖擊后的型芯針很容易變形、開裂受損。當有高溫的金屬液注入時，型芯針的溫度會迅速上升，在進行冷卻時，此處金屬液冷卻速度緩慢，導致鑄件會有縮孔、縮松等缺陷出現，使鑄件質量受到嚴重的影響。也會因溫度的關系，極易使金屬液粘在模型上，在脫模時會拉傷鑄件或型芯針。

若想保證壓鑄件正常生產，必須有效地控制模具中細小型芯針部位的溫度。因壓鑄件的生產具有高效特點，目前大多數采用水冷方法進行控制壓鑄模溫控制，如鋁合金壓鑄模等。由于冷卻水很難通過型芯針內部直徑很小的冷卻通道，導致此方法的冷卻效果不好。為了實現預想的冷卻效果，只有在借助外力的作用下使冷卻水達到一定的壓力值，才能使冷卻水順利地通過型芯針的冷卻通道，達到冷卻效果。若冷卻水的潔凈度達不到一定的要求，冷卻水中的水垢在流經型芯針的冷卻通道時極易將冷卻通道堵塞。

國內針對型芯針的冷卻系統進行了一定的研究，并取得了突破性成果。上述采用機電控制方式的傳統冷卻系統具有以下幾點缺陷：數據不能保存，接觸器和繼電器的體積大、連線多而復雜，靈活性差，參數的設置、調整困難，因而在實際操作中很不方便，在大型而復雜的壓鑄件的生產上，無法滿足實際需求。針對以上問題，在PLC觸摸屏技術基礎上，研制了一種以高壓循環水冷卻的壓鑄模型芯針冷卻控制系統。

1 簡介型芯針冷卻控制系統的工作原理

壓鑄模型芯針冷卻控制系統的工作原理就是通過對冷卻水的溫度、壓力及冷卻時間等參數的控制，能夠保持模具型芯針部位的溫度在一定允許范圍內精確地波動，進而減少粘模拉傷和變形，盡量避免鑄件出現縮松、縮孔、裂紋等缺陷。型芯針冷卻控制系統具有吹氣冷卻、自動補水、高壓水冷卻和自動制冷力調整等功能，其主要由制冷壓縮機、冷媒高壓表、冷凝器、制冷劑接收器、膨脹閥、過濾器、冷媒低壓表、熱交換器、水箱、電磁閥、手動截止閥、高壓泵、水壓表、水壓傳感器、單向閥、壓鑄模具、熱電偶、水位傳感器、風壓傳感器、風壓表等部件組成。下面我們介紹一下此系統的各項功能。

1.1 型芯針冷卻控制系統的吹氣冷卻功能

吹氣冷卻回路主要組成部件有：出氣電磁閥、水箱、截止閥、壓鑄模、單向閥等。空壓機利用出氣電磁閥、截止閥等將壓縮空氣送入壓鑄模型芯針冷卻通道，其主要作用有兩方面：一方面就是實現冷卻作用，使冷卻效果達到理想的狀態；另一方面就是將通道中殘留的水蒸氣（冷卻水氣化形成的）吹出模具之外，防止吹起受阻，影響冷卻效果。

1.2 型芯針冷卻控制系統的高壓循環水冷卻功能

高壓循環水冷卻回路主要組成部件有：出水電磁閥、壓鑄模、水箱、截止閥、高壓泵、單向閥等。經高壓泵增壓后，由出水電磁閥將水箱中的冷卻水送入壓鑄模中，在壓鑄模中進行與型芯針的熱交換。完成熱交換的水又流回到水箱中，完成系統循環。通過對通水時間的調整，可以將型芯針溫度控制在適宜溫度范圍內。因冷卻水在此系統中存在氣化過程，導致水分出現損耗現象，截止閥和電磁閥系統可以完成整個冷卻系統的自動補水，確保了型芯針冷卻控制系統能夠連續正常運轉。

1.3 型芯針冷卻控制系統的制冷功能

本系統制冷回路主要組成部件有：膨脹閥、冷凝器、熱交換器、壓縮機、過濾器和制冷劑接受器等，其冷卻方式為蒸氣壓縮式制冷。其主要工作原理就是在壓鑄生產過程中，熱電偶對水箱中的水溫進行實時測量，并將測量結果通過溫控表顯示出來，一旦水溫高于設定溫度時，壓縮機自動啟動，開始制冷。壓縮機經過升壓將制冷劑R22變成高壓過熱蒸氣，通過冷凝器液化為過冷液體或高壓飽和液體，釋放熱量，在膨脹閥中經過降壓變成液體部分飽和和低壓飽和蒸氣，其中的雜質和水分是在流經過濾器時被消除的；此時的制冷劑經過熱交換器的作用，由液體氣化為過熱蒸氣或低壓飽和，制冷劑在氣化過程中將水箱中水的熱量吸走，降低了水箱中水的溫度，進而實現制冷功能；此時已成為蒸氣狀態的制冷劑又被壓縮機吸收，并送入下一制冷系統，繼續制冷，直至水溫降至設定溫度為止。

2 型芯針冷卻控制系統的軟件和硬件設計

2.1 型芯針冷卻控制系統軟件設計

為使PLC控制系統能夠確保各電氣元件、壓縮機和高壓泵的可靠運行，PLC程序必須具備以下幾點主要功能：

（1）要具有智能報警功能。有一定的自診斷故障界面，出現故障時自動報警且自動彈出診斷界面，顯示故障原因。

（2）要具有多種工作模式可供選擇。根據壓鑄模型芯針的多樣化，設計了兩種工作方式：自動模式和人工模式，其中自動模式主要采用風冷加水冷，人工模式主要采用（連續水冷）。點動測試功能使部分系統參數的調整變得簡單化、更方便調試。

（3）要具有實時監測功能。系統運行中通過傳感器對風壓、水壓進行實時測量，并將測量結果顯示在人機界面上，能夠對壓縮機、高壓泵的運行情況進行監測。

（4）要具有參數可調的多回路獨立系統。此控制系統最多能夠同時冷卻4個型芯針，而且冷卻效果非常好；各冷卻回路能夠獨立運行且相互不影響，可以人為設定各冷卻參數。

2.2 型芯針冷卻控制系統硬件設計

PLC觸摸屏控制方案是型芯針冷卻的控制系統，其控制器核心是三菱PLC。PLC具有可靠性高、體積小、無抖動問題出現、連線少、速度快（半導體電路控制觸點）、擴展和靈活性性好等優點，傳統的接觸器控制是無法實現以上這些優點的。本系統主要是應用HITECHPWS6600S型觸摸屏來傳達控制命令，對運行過程進行控制，同時還能將現場的一些參數顯示出來。在控制系統中，HITECHPWS6600S型觸摸屏實現了人機界面，彌補了因缺少操作人員PLC控制而出現交流媒介的不足。

3 型芯針冷卻控制系統運行效果

經過對沒有采用本冷卻系統的型芯針表面狀態與采用本冷卻系統的型芯針表面狀態進行對比，我們可以發現采用本冷卻系統的型芯針表面無粘鋁、無燒傷并且光潔。型芯針冷卻控制系統未問世之前，型芯針具有嚴重燒粘鋁和傷現象，每次都要對其進行專門的表面披覆處理，因本系統的應用，使型芯針因縮孔、拉傷而引起的廢品率降至2%以下。

4 結束語

型芯針冷卻控制系統不但延長型芯針使用壽命，而且還提高了壓鑄件（利用型芯針成形的）表面及內部質量。改系統具有簡潔、直觀的界面，便于操作，深受客戶的歡迎。

參考文獻

[1]吳玉林，陳光慶，劉樹紅.通風機和壓縮機[M].