目前大型復(fù)雜鋁合金鑄件傾轉(zhuǎn)壓力澆鑄機(jī)的控制系統(tǒng)采用繼電器和接觸器控制，技術(shù)落后、維修不便。澆鑄過程通過點(diǎn)動(dòng)進(jìn)行工作，無法保證鑄件的質(zhì)量。為改變這種情況，采用單片機(jī)技術(shù)，使控制系統(tǒng)模塊化，同時(shí)通過單片機(jī)對(duì)液壓系統(tǒng)的控制，實(shí)現(xiàn)澆鑄過程的連續(xù)多工位勻速控制。
一、單片機(jī)控制澆鑄系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)
澆鑄機(jī)的單片機(jī)控制系統(tǒng)是采用電位器對(duì)傾轉(zhuǎn)缸的角度進(jìn)行檢測(cè)并反饋到單片機(jī)進(jìn)行計(jì)算，輸出信號(hào)送至電液比例閥，從而控制液壓系統(tǒng)中傾轉(zhuǎn)缸的回轉(zhuǎn)，達(dá)到最終對(duì)澆鑄過程的連續(xù)多工位勻速控制。
1．液壓系統(tǒng)
為獲得優(yōu)質(zhì)鑄件，需要使?jié)茶T速度能夠按工藝條件及鑄型結(jié)構(gòu)等要求來加以控制。因此采用單片機(jī)控制技術(shù)用電液比例閥來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的調(diào)速閥，提高了澆鑄的平穩(wěn)性及澆鑄速度的控制精度。
根據(jù)澆鑄機(jī)的動(dòng)作順序和各個(gè)功能單獨(dú)控制的要求，使用四個(gè)液壓缸，分別控制澆鑄的開／合模、抽型芯／合型芯、頂出／退回等動(dòng)作。四個(gè)支路都采用三位四通電磁換向閥來控制方向；傾轉(zhuǎn)缸的速度由電液比例閥來控制。液壓控制系統(tǒng)如圖1所示。
2．單片機(jī)控制系統(tǒng)
單片機(jī)系統(tǒng)是控制電路的核心，它的主要功能是對(duì)傾轉(zhuǎn)液壓缸回轉(zhuǎn)速度進(jìn)行計(jì)算，并根據(jù)電位器檢測(cè)到的液壓缸傾轉(zhuǎn)信號(hào)，分段輸出電流信號(hào)控制電液比例閥，達(dá)到精確控制液壓缸傾轉(zhuǎn)角度的目的。同時(shí)單片機(jī)系統(tǒng)還需要管理輸入／輸出設(shè)備，協(xié)調(diào)整個(gè)系統(tǒng)的工作，使?jié)茶T機(jī)操作方便、顯示直觀。還可根據(jù)需要方便的擴(kuò)展系統(tǒng)功能，使單片機(jī)可以接收外部按鈕開關(guān)、位置開關(guān)以及傳感器的信號(hào)并加以處理后送出控制執(zhí)行元件，實(shí)現(xiàn)澆鑄過程手動(dòng)和自動(dòng)控制的有機(jī)結(jié)合。
基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，考慮到系統(tǒng)的擴(kuò)展性，單片機(jī)采用Intel公司的8051芯片。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要包括單片機(jī)、檢測(cè)電路、鍵盤、顯示電路、輸出電路、液壓系統(tǒng)、報(bào)警電路、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等，系統(tǒng)框圖如圖2所示。
3．鍵盤／/LED顯示接口電路
為了節(jié)省硬件資源，采用非編碼鍵盤，實(shí)際工作中，可采用查詢方式對(duì)鍵盤進(jìn)行控制。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中使用的顯示器主要有LED發(fā)光二極管和LCD，近年來也有配置CRT顯示器的?？紤]到對(duì)顯示的要求不高，且前者在市場(chǎng)價(jià)格上遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于后者，采用LED數(shù)碼管作為本系統(tǒng)的顯示器。由于顯示位數(shù)只有四位，工作現(xiàn)場(chǎng)需要數(shù)碼管亮度比較高，所以采用靜態(tài)顯示。單片機(jī)不需要使用串行通信，從節(jié)省單片機(jī)接口資源和提高擴(kuò)展能力考慮，采用串行口控制的鍵盤/LED顯示接口電路。
4．輸出控制電路
通過電液比例調(diào)速閥調(diào)節(jié)澆鑄機(jī)的液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)澆鑄洲頃轉(zhuǎn)速度的控制。電液比例調(diào)速閥的控制信號(hào)一般為0~75mA，以輸入電流線性控制壓力和流量。單片機(jī)輸出的電平信號(hào)無法滿足要求，故采用DAC0832轉(zhuǎn)換芯片，將單片機(jī)輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)輸出去控制電液比例調(diào)速閥，如圖3所示。
5．檢測(cè)電路
精密電位器是一種新型的電阻型傳感器，有多圈和單圈等不同形式，其工作原理簡(jiǎn)單，與普通可變電位器相同，但是它的精度和線性度很高，將它安裝在澆鑄機(jī)的傾轉(zhuǎn)軸上用來檢測(cè)傾轉(zhuǎn)角度效果好。
LM331是美國(guó)NS公司生產(chǎn)的性價(jià)比較高的集成芯片，可用作精密頻率電壓轉(zhuǎn)換器用。LM331采用了新的溫度補(bǔ)償能隙基準(zhǔn)電路，在整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)和低到4.0V電源電壓下都有極高的精度。同時(shí)它動(dòng)態(tài)范圍寬，可達(dá)100dB；線性度好，最大非線性失真小于0.01%，工作頻率低到0.1Hz時(shí)尚有較好的線性；變換精度高，數(shù)字分辨率可達(dá)12位；外接電路簡(jiǎn)單，如圖4所示，只需接入幾個(gè)外部元件就可方便構(gòu)成U/f（電壓／頻率）或f/U等變換電路，并且容易保證轉(zhuǎn)換精度。
將精密電位器阻值改變引起的電壓信號(hào)的改變經(jīng)U/f變換后送給單片機(jī)，作為系統(tǒng)的反饋信號(hào)使單片機(jī)及時(shí)地改變輸出的控制信號(hào)實(shí)現(xiàn)分段勻速控制。
二、軟件部分
該系統(tǒng)中的軟件部分主要包括鍵盤掃描和顯示的子程序、輸入信號(hào)識(shí)別子程序、輸出速度控制子程序和反饋信號(hào)處理子程序。首先由鍵盤輸入澆鑄機(jī)分段傾轉(zhuǎn)的各段角度和所用時(shí)間，單片機(jī)根據(jù)輸入的信號(hào)結(jié)合澆鑄機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)計(jì)算各段的輸出速度，電位器檢測(cè)到的角度信號(hào)經(jīng)單片機(jī)處理后觸發(fā)速度控制子程序，將計(jì)算好的速度分段輸出控制電液比例閥。經(jīng)試驗(yàn)，利用單片機(jī)的快速響應(yīng)即可以將所用時(shí)間控制在誤差允許范圍以內(nèi)，實(shí)現(xiàn)澆鑄過程的分段勻速控制。
三、結(jié)束語
本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單靈活，操作方式簡(jiǎn)單易學(xué)且自動(dòng)化程度較高，其特點(diǎn)是能夠使?jié)茶T機(jī)的傾轉(zhuǎn)缸在從澆鑄開始的水平位置到澆鑄結(jié)束的豎直位置的90°范圍內(nèi)自定義澆鑄的速度和時(shí)間，提高了綜合質(zhì)量和生產(chǎn)效率。系統(tǒng)按照此預(yù)定值調(diào)節(jié)速度，改變以往的常規(guī)操作，從而可適應(yīng)不同的工藝要求，具有通用性和實(shí)用性。