0 引言
近几年来汽车、铁路交通、航空航天等重要行业对高性能上等铸件的需求不断提高，从而推动了铸造设备进一步向自动化、智能化发展[1]。国内各主流铸造厂都投入大量的资金进行自动化智能化产线建设，以及对现有产线的改造和升级[2]。我们设计了一款基于 PLC 控制的智能换炉车用于铸造机的换炉生产，采用传统滑触线供电，安装方便，安全性强，供电稳定，运动起来很顺畅，且性价比高[3]。传统的铸造生产企业采取人工叉车换炉或者人工驾驶电瓶车等实现换炉，这种运输工具及运输方式因具有噪音大、投资高、效率低下、人工操作强度大、稳定性低及安全性差等缺点而会逐渐被淘汰[4]。而且叉车抓举装置需要单独设计，一般成本比较高，且通用性不强。
1 系统供电
换炉车取电是系统的基础，考虑到成本、成熟度和稳定性，选择 DMHP 系列多极管式安全滑触线供给 3 相 380VAC 电源，安全滑触线主要结构由以下组成：绝缘导管外壳、多极导电铜排、继电器及悬吊、固定等组合而成。这种滑触线主要优点是设计紧凑、性能稳定、使用安全、性价比高，广泛应用于小型吊车、电动葫芦及自动化物流输送线。
滑触线的基本结构及安装示意图分别如图 1 和图2 所示。
2 控制系统架构
换炉车的控制系统主要由西门子 S7- 1500PLC 带 5 个 V90 驱动器及 1FL6 伺服电机构成，触摸屏采用 TP1200 精智面板，控制系统架构如图3 所示。西门子 Scalance 交换机负责中转和传输系统的 Profinet 通讯数据，与第三方设备的通讯采用无线网络通讯，系统预留与 MES 对接的接口，采用标准工业以太网四芯 cat5 屏蔽网线，系统通讯稳定可靠。
此外，接近开关用于定位换炉车在铸造机台的位置，换炉车首先运行至设定的目标位置，再以很慢的速度去寻找定位接近开关，找准定位位置，使得换炉车停止位置控制在 1 mm 左右，*后通过定位插销将智能换炉车导轨与铸造机坩埚炉导轨**对准。
3 控制系统程序设计
本系统程序开发基于 TIA Portal V15，TIAPortal V15 又称博途 V15，是一款由西门子打造的全集成自动化编程软件，整合了 STEP7、WINCCSTARTDRIVE 等，只需要用博途一个软件就能对触摸屏、PLC、驱动进行编程调试和仿真，非常方便快捷。西门子全新的博途 TIA V15 版本功能强大，运行非常可靠。
3.1 换炉车自动控制流程
换炉车自动控制流程如图 4 所示，自动模式下先选择插销模式（手动或自动），再选择目标机台，自动计算出目标机台位置（带补偿值），按下启动按钮，系统先判定插销模式，如果插销为自动模式，插销自动退回至初始位置，如果插销为手动模式，需要人工退回插销；插销退回到位后，换炉车开始由设置的速度运行，运行至目标位置后停止，然后慢速寻找定位接近开关，找准接近开关后停止，如果插销为自动模式，则插销自动插入定位座中，靠插销憋正微小偏移的车体，如果插销为手动，则停止运行换炉车，人工操作使得插销插入避免车体移动。
3.2 PLC 程序设计
本系统 PLC 程序主要由以下 7 部分组成，分别是：输入输出、HMI 接口、TO 工艺对象、模式切换、手动控制、自动控制、报警安全，其程序结构如图 5 所示。系统共有 5 个 V90 驱动 5 个轴，通过TO 工艺对象控制各轴，5 个伺服轴的 TO 工艺对象如图 6 所示。
两个主动轮采用 TO 工艺对象配置速度同步，右轮跟随左轮，调用同步控制功能块 FB_LAxisCtrl_PosAxis、FB_LAxisCtrl_SyncAxisGearing 实现从轴与主轴的速度同步运行。通过 V_assistant 进行伺服运行参数的优化，*终速度运行稳定，满足生产要求。
此外，车体运行安全也是一个设计的重点，本换炉车采用国内**的安全触边，分别安装在换炉车的前后两端，保证在高速运行中，一旦有任何东西触碰触边，达到触发力 60 N 就可以立即触发报警，小车立即停车并报警，从而保证小车安全运行，也保证人员安全。
3.3 HMI 程序设计
HMI 程序设计主要分为以下 6 部分：手动画面、自动画面、参数设置、曲线监控、报警及仿真。自动画面如图 7 所示，手动和自动模式切换操作简单，只需在操作面板上切换手自动旋钮，实现模式切换，在自动画面上再依次选择插销手动或自动模式，选择目标机台，*后按下启动命令，换炉车就会启动运行，通过自动定位控制流程，直至**找准目标机台，*后将定位插销插入定位插销座。
4 结论
本文设计了一款基于 1500PLC 的智能换炉车控制系统，采用传统滑触线供电，简捷实用，供电能力强，可靠性高，性价比高；采用 1FL6 伺服电机初步定位，通过铸造机台安装的接近开关二次定位，机械插销三次定位，保证了换炉智能车的定位精度，精度在 1 mm 以内，满足了铸造车间换炉生产的要求，大大提升了生产效率，降低了成本，并减轻了工人劳动强度。
