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1、信息技术与信息化铸造机机械手自动浇注控制系统自动控制田* 孙涛孙风玲张岳TIAN Kui SUN Tao SUN Feng ling ZHANG Yue 摘要本文介绍了一种以西门子SIMOTION C240 运动控制系统为核心的活塞铸造机自动化控制。关键词铸造机械手活塞铸造生产线伺服控制运动控制系统多轴同步doi ： 10 3969 / j issn 1672 9528 2012 05 27 1 引言全保护功能完善，故障诊断报警详细，并能适应高温及粉尘大的环境。随着汽车、船舶、农机市场的发展，对发动机活塞的需求越来越旺盛。许多活塞生产企业在扩大产能的时候，更重视对生产线进行自动化升级改造，以改
2、变恶劣的作业环境和高强度的体力劳动同时增加产品的稳定性。活塞铸造属于批量大、节拍快、比较精密的铸造加工，对控制设备的要求很高，既要实现铸造机机械手的准确路径设定，又要完成整机的开关量复杂的逻辑控制和模拟信号检测，同时，还要根据产品型号和工艺要求 通 过 操 作 面 板 快 速 切 换 到 新 的 铸 造程序，并应具备高温、粉尘、电磁干扰等现场恶劣环境下的高可靠性能。根据市场需要，我公司定制开发了一套满足自动化浇注需要的铸造机及其配套浇注机械手一体化控制 系 统。 系 统 选 用 了 西 门 子 公 司 的 SIMOTION C240 运动控制系统，一套装置既实现了机械手动作控制又完成了铸造机逻
3、辑控制，实现了活塞浇注，凝固，出模，淬火，卸料等主要工序自动化。基于对铸造机现场环境和使用的特点我们认为其控制系统需要满足以下要求：（ 1） 系统功能完善 既 要 有 满 足 浇 注 机 械 手 六轴定位及倾转浇铸跟随运动又要求随时检测铸造机的状态和控制铸造机执行元件；（ 2） 软硬件满足一 定 的 安 全 要 求，保 证 设 备 和人身安全；（ 3） 市场接受程度高，零备件供应及时；（ 4） 用户的技术人 员 对 相 应 产 品 有 一 定 了 解，厂内同类设备较多；（ 5） 对将来厂级通讯联网和制造信息化管理有一定的扩展能力。通过分析 比 较 我 们 采 用 了 西 门 子 SIMOTIO
4、N C240 运动控制器为控制单元加S7 300 系列输入输出模块，传动部分使用了六套西门子S120 伺服控制器和六台西门子1FK7063 伺服电机，显示和人机对话采用西门子MP377 键控屏，通过PROFIBUS 形成现场总线通讯。系统构成 框 图 如 图 1。其中，逻2 控制要求和系统组成辑控制部分共含有246 点数字输入，均为NPN 低电平输入；158 点数字输出，经继 电 器 扩 展，最终 以 高铝合金轻金属精密铸造生产过程中，要获得优质的铸件，一方面要优化材质设计和合理的熔炼及铸造工艺，另一方面要靠稳定可靠的铸造设备来保证工艺的实现。本铸造设备采用倾转重力铸造、自电平输出到电磁阀；4
5、 路热电偶检测凝固温度，2 路编码器信号接受倾转位置检测。六台伺服电机，有4 台是用于控 制 机 械 手 浇 勺 的 倾 转 跟 随 运 动，另 2台伺服电机用于上下料机械手的动作。然凝固加自动淬火工艺。伺服驱动控制的机械手浇勺自动对两个铸造机（A 和 B） 的铸模进行浇注，要3 机械手伺服控制的实现求定位准确，并按照最优的浇勺倾转，抬高，进退运行轨迹，按浇注工艺要求的速度稳定地将铝液注入模具；相应要求铸造机各部分机构协调动作，人机安Simotion C240 是 一 个 分 时 多 任 务 多 通 道 软 件处理系统。其支持模块化程序设计，于是我们把机械手铸造机的控制程序分为以下几个模块。（
6、 1） 铸造机机械手控制程序；* 淄博智丰机电有限公司山东淄博 255000 （ 2） 机械手回零程序块；2012年第 5期103名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 3 页 - - - - - - - - - 自动控制信息技术与信息化（ 3） 机械手手动控制程序块；（ 4） 铸造机A 机手动控制程序；（ 5） 铸造机A 机回零程序；（ 6） 铸造机B 机手动控制程序；（ 7） 铸造机B 机回零程序；（ 8） 机械手与A，B 铸造机自动运行程序块；（ 9） 机械
7、手与A，B 铸造机异常停止程序块；（ 10） 机械手与A，B 铸造机急停程序块；（ 12） 机械手与A，B 铸造机报警检测和报警显示程序块。浇注铝液，在浇注过程中铸造机完成倾转复位到垂直状态。在倾转 复 位 的 过 程 中 铸 模 的 浇 注 口 在 上下，前后，及角度都发生了变化。这个状态的变化可以通过铸造机旋转的角度编码器检测来获得。为了保证浇勺也在最佳的姿态，以便按最优化的浇注工艺完成浇注，由铸造机械手驱动控制的浇勺也需要在上下，前后，旋转运动来完成对铸造机铸模浇注口的姿态跟踪。为了实现这个功能我们运用了SIMOTION 系统里的多轴软件包里的如下功能（见图3） ：图 3 机械手耦合关系
8、示意图（ 1） 通过铸造机倾转运动检测编码器建立编码图 1 机械手自动铸造机控制系统图将以上程 序 块 编 译 完 成 后 分 配 到SIMOTION C240 的任务执行系统中，主要有启动运行任务，运动任务，背景任务，还有中断信号响应任务就实现了整个控制系统的协调控制。本文重点介绍自动运行程序中倾转浇注时对机器测量轴；（ 2） 建立测量轴与机械手浇勺旋转（ A 轴），手臂摆动（ C 轴）和机械手前后移动（ X 轴） 的主从轴跟随；（ 3） 确定跟随关系中的位置对应坐标值列表凸轮并进行优化（Cam1 ，Cam2 ， Cam3 ） 。械手的控制。该机械手设置了四台伺服电机，分别控制两个直线轴：X
9、 轴和Z 轴和两个旋转轴：A 轴， C 轴实现汤勺跟随铸造机倾转的过程（见图2） 。3 控制系统的其他软件功能本系统已顺利运行投入生产，完全符合生产要求。除自动浇注和手控制自动回零功能外，该系统还具备以下功能：（ 1） 完善的报警检测和响应程序。不但响应所有报警检测传感器的信号，整机连锁与互锁设置完善可靠，还根据机械手的位置信息和后续动作，对可能发生的干涉碰撞和机械手进入异常状态进行预判断，在故障点之前将设备停止。系统人机界面将报警信息完整、准确的显示出来，并进行存档（现场操作人员无法删除）以备后续分析和排除；（ 2） 润滑系统各润滑点均采用集中定量自动润滑方式。每次注油量可调，由控制系统根据
10、实际工图 2 两直线轴两旋转轴机械手示意图况需油量设定 加 油 时 间 与 间 歇 时 间，（润 滑 泵 系统铸造机是预先倾转到15 度左右等待机械手来104 2012年第5 期上电后运行一段时间后再转为间歇工作）；名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 3 页 - - - - - - - - - 信息技术与信息化自动控制（ 3） 系统安装了5 位累时器和7 位机械式计数器，用于计量浇铸时间和浇铸工件数量；（ 4） 控制系统带的以太网口可以用于工厂级生产信息管理系
11、统联网，对铸造工艺参数进行集中设定和监控。作复杂，安全性要求高，市场急需的的产品应用提供了完整的解决方案。本系统整体解决方案在活塞铸造行业有很广的应用前景的，也对于其它相关领域提供了借鉴。参考文献：4 结语1 基于PLC 和触摸屏技术的压铸机控制系统研将西门子SIMOTION 运动控制器用于铸造机械手控制，融合我们在运动控制系统应用方面的丰富经验，实现了带机械手铸造机控制系统集PLC 与运动控制以及工艺控制于一体，为铸造机械手这样动究特种铸造及有色合金，2006 年 06 、03 期。2 Motion Control TO Path Interpolation Simotion Functio
12、n manual 2010 年 11 月（ 收稿日期：2012 07 10）檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪（ 上接第99 页）一个常见问题，但是许多传统数据挖3 邵峰晶，于忠清数据挖掘原理与算法M 北掘算法往往只 能 适 用 小 规 模 数 据 集，当 数 据 集 达到TB 乃至 PB 级 时，传 统 挖 掘 算 法 根 本 无 法 适 用。 云 4计算则恰好擅长处理大规模数据和大规模计算，现将传统 数 据 挖 掘 算 法PageRank 进 行 改 进， 并 将 之 5部署到云计算平台上运行，就可以使用户能够快速有京： 中国水利水
13、电出版社，2003 123 田甜，倪林基于PageRank 算法的权威值不均衡分配问题J 2007 ，33（ 18） ： 53 55 黄德才，戚华春PageRank 算法研究 J计算机工程， 2006 ，32 （ 4） ： 145 146 效地从TB 乃 至 PB 级 的 海 量 数 据 中 获 取 有 效 的 信 6 Hadoop http ： / / hadoop apache org / ，2007 息。因此云计算环境下的Web 数据挖掘的研究具有7重要的理论意义和应用价值。刘 鹏 云 计 算M 北 京： 电 子 工 业 出 版 社2010 3， 149 150 参考文献：1 王 鹏 走
14、 进 云 计 算M 北 京： 人 民 邮 电 出版社， 2009 6 182 8Jeffrey Dean，Sanjay Ghemawat MapReduce：Simplified data processing on large clusters，Com- munications of the ACM 51 （ 1 ） （ 2008 ） 107 113 2J Han ，M Kamber Data mining concepts and 作者简介全 巧 梅 （ 1975 ） ，女，江苏 扬 州techniques M Morgan Kaufmann Publishers， 人，实验师，研究方向：
15、信息管理，计算机应用。2001 ，63 （ 收稿时间：2012 08 10 ）檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪（ 上接第102 页）注：此处弧段含义为相邻两点之间的线段以下是分割后结果示意图：鉴于多边形的定义、多边形剪切与多边形分割的关系，此算法还可用于多边形剪切功能的扩充，特别适用于CAD 平台，经试验验证其原理简单实现方便，可供相关开发人员参阅。参考文献：1 郭 功 举 面 向 对 象 的 复 杂 多 边 形 裁 剪 实 现J 现代测绘2003 ，（ 8）作者简介肖飞，桂林理工大学南宁分校土木与测绘工程系讲师，桂林理工大学大地测量学与图 9 普通多边形分割测量工程专业工学硕士，主要研究方向：地理信息系统的应用、空间数据库。4 结论（ 收稿日期：2012 07 26 ）基于点序的多边形分割算法原理简单，不仅能实现简单多边 形 分 割，也能 完 成 复 杂 图 形 的 分 割。2012年第 5期105名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 3 页 - - - - - - - - -