镁合金轮毂挤压铸造单元控制系统的研究与开发

论文摘要

轻量化是现代汽车、摩托车工业的一个重要发展方向,以求满足日益增高的节能降耗、减少排放的要求。轻量化的主要手段之一是采用先进轻质材料替代传统材料。镁合金是最轻的商用结构金属材料,与其他工程用金属材料相比拥有较低的价格、高的比强度和比刚度、突出的阻尼减振性能。因此镁合金越来越得到了工业及研究人员的青睐,目前镁合金在汽车摩托车上得到了较为广泛的应用,镁合金用于汽车、摩托车结构,能降低车辆自重及燃油消耗,降低车辆的振动和噪声,提高车辆加减速的动力学特性,既在一定程度上达到节能环保的目的,又能较大幅度的改善车辆的驾乘舒适度。轮毂是汽车、摩托车上用量最大的高速运动部件,将镁合金用于轮毂,能大幅度降低轮毂重量(减重约20%～25%),降低轮毂的动态转动惯量,因此采用镁合金轮毂后可以显著改善车辆的力学性能和舒适环保性。因此,世界各国近年来高度重视镁合金在汽车等交通工具上的研究与开发,加强了镁合金汽车轮毂的应用开发研究。在这些研究中,轮毂成型设备熔炼炉和锻压机的研制是关键。目前重庆硕龙科技有限公司拥有比较成熟的镁合金熔炼技术和设备,但市场上的锻压机多采用继电器控制,不能适应镁合金轮毂成型要求,急需开发能与熔炉无缝连接的自动控制系统。作为重庆硕龙科技有限公司的“镁合金轮毂挤压铸造单元”开发任务的一部分,本文作者在已掌握的镁合金熔化、气体保护、浇注技术、轮毂专利成型工艺、液压控制技术的基础上,负责以可编程序逻辑控制器(PLC)为主控单元、以触摸屏为人机界面的镁合金轮毂挤压铸造单元自动化控制系统的设计与开发。该系统通过运行储存在PLC模块内的程序来实现镁合金熔化、气体保护、定量浇注、挤压机连锁运行等功能的智能化集成控制。同时以触摸屏作为人机界面,用丰富的监控画面,形象地显示系统的各个参数和工作状态,极大地简化了操作的复杂程度,降低了设备的故障率,提高了系统的准确性、灵活性。在装配完成后,作者对系统进行了模拟调试和整机现场调试。调试结果表明:整个控制系统运行精确、迅速、可靠,完全能够满足镁合金轮毂挤压工艺的需要。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题的提出及研究意义
• 1.3 PLC 应用及研究现状综述
• 1.3.1 PLC 的应用范围
• 1.3.2 国外发展及其现状
• 1.3.3 国内发展现状
• 1.3.4 PLC 的发展趋势
• 1.4 本文的主要研究内容、技术路线
• 1.4.1 主要研究内容
• 1.4.2 主要研究方法
• 1.4.3 主要技术路线
• 2 PLC 和触摸屏的工作原理及特点
• 2.1 PLC 定义及基本结构
• 2.2 PLC 的工作原理
• 2.2.1 扫描技术
• 2.2.2 PLC 的I/O 响应时间
• 2.3 PLC 的主要功能和特点
• 2.3.1 PLC 的主要功能
• 2.3.2 PLC 的主要特点
• 2.4 触摸屏工作原理及特点
• 2.4.1 触摸屏工作原理
• 2.4.2 触摸屏的工业特点
• 3 控制系统功能要求与硬件设计
• 3.1 系统的控制要求
• 3.1.1 总体控制要求
• 3.1.2 工艺方面的控制要求
• 3.2 PLC 控制系统设计的基本原则和步骤
• 3.2.1 系统设计原则
• 3.2.2 PLC 系统的一般设计步骤
• 3.3 PLC 资源配置
• 3.3.1 I/O 点数统计
• 3.3.2 硬件的系统设计
• 3.3.3 配电情况核对
• 3.3.4 主线路设计
• 3.4 弱电硬件选型
• 4 系统软件及人机界面设计
• 4.1 PLC 程序设计
• 4.1.1 S7-200 软件主要特点
• 4.1.2 系统的编址
• 4.1.3 程序结构
• 4.2 人机界面的设计
• 4.2.1 西门子触摸屏的特点
• 4.2.2 触摸屏与PLC 的通讯
• 4.2.3 触摸屏组态的控制要求及设计流程
• 5 系统整机运行应用
• 5.1 现场装配图片采集
• 5.2 系统运行调试
• 5.2.1 模拟调试
• 5.2.2 现场调试
• 5.3 系统运行状况分析
• 5.3.1 熔炉熔炼控制模块
• 5.3.2 浇管加热及定量浇注系统模块
• 5.3.3 系统三维定位控制模块
• 5.3.4 挤压铸造机控制模块
• 5.3.5 系统设置模块
• 5.4 本章小结
• 6 结论和展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录：攻读硕士期间发表的论文