2024年4月10日发(作者：瑞建白)
PLC技术下低压铸造控制系统的设计与实现
董龙虎
（扬州市职业大学，江苏扬州
225009
）
摘要：为了最大化提升低压铸造工艺过程的模具温度控制的精准度及液面压力的精确度，文章分别运用了PLC、自动控制及
传感器等技术，设计出一种以PLC为基础的综合性的低压铸造机自动控制系统，此系统能够对工艺过程当中的温度及压力
进行准确采集，然后利用PLC对诸如冷却阀及数字组合阀施加有效控制，最终达到对温度及压力进行需要性调节的目的，
不仅可实现两参数在具体的控制精确度方面的提升，而且对于低压铸造机控制的铸件质量及自动化水平也可显著提升。
关键词：PLC技术；低压铸造机；控制系统；设计
中图分类号：TG248文献标识码：A文章编号：1673-1131（2016）11-0274-02
伴随当今技术水平的日益提升，有效推动了整个汽车工
业的快速发展，而诸如汽车轮毂等汽车零部件在需求上大幅
增加，进而对诸如铸造等相关行业的实质性发展起到很好的
带动作用，据行业内数据统计可知，2015年的低压铸造铝合金
轮毂在整个铝合金轮毂当中所占比重达75%，由此可感知到
目前的低压铸造行业所蕴藏的市场价值。对于低压铸造机而
言，其乃是整个铝合金低压铸造当中的常用且通用型设备，其
在实际生产当中，往往对于参数控制的精确度具有比较高的
要求，如液面压力及模具温度等，至此，采用目前一些比较先
进的自动控制技术，以此对低压铸造机的精确度更好的施加
控制，提升铸件生产的效率与质量。
进坩埚内合金液的流动，使之流经升液管，最后便可进至型腔，
当流动的金属液全部流至型腔之后，则可实现坩埚内相应气
压的增大，在此压力下，可保证铸件的凝固及成型，对于浇道
及升液管剩存下来的金属液，则会伴随坩埚当中所存有的压
力的相应卸载，通过回流而再次回到坩埚内，当完全冷却之后，
开模，便可获取所铸造的构件，此时，整个低压铸造工艺也就
顺理完成。图1为低压铸造工艺流程。
1低压铸造工艺流程分析
对于低压铸造所具有的关键工艺流程而言，即把完成压
缩之后的干燥空气，加入密封坩埚，坩埚内装有合金液，至此，
便可基于型腔与坩埚间形成一定压差，所产生的压差便会推
图1低压铸造工艺流程图
在节能减排体系中，能够辨别出驱动电机系统的主要影响类别，
将消极因素找寻出来，为未来电动汽车的研发提供能源依据。
3结语
综上所述，电动汽车用驱动电机系统进行评价，需要在科
学的评价方法下，建立驱动电机系统评价体系。在该体系中，
首先需要进行性能指标的选择，然后进行本体设计指标确认，
最后进行企业资历能力指标确定。对电动汽车用驱动电机系
统评价体系进行分析，针对体系中的诸多影响评价的因素，进
行影响机制的评价研究。分别从权重、能源消耗评价、环境影
响评价、节能减排综合评价等方面进行探讨。
图1驱动电机系统项目归类以及对环境的影响类型
借助层次分析法对驱动电机系统评价中的各个环境影响
类型进行权重系数分析，得到以下公式：
，其中EI驱动电机系统全生
命周期综合环境影响值，w为环境影响权重系数。
参考文献：
黄万友.纯电动汽车动力总成系统匹配技术研究
[
D
]
.山东
大学,2012.
[
2
]
周飞鲲.纯电动汽车动力系统参数匹配及整车控制策略研
究
[
D
]
.吉林大学,2013.
[
3
]
黄宜山,张文军,张昌凡,李伟聪,谢佳,申健,吕露.电动汽车
用驱动电机系统评价体系的研究
[
J
]
.大功率变流技术,2013
(
2
)
:47-52.
基金项目：浙江省大学生科技创新活动计划暨新苗人才计划
（2016R478006）
作者简介：傅松桥（1983-），男，浙江绍兴人，研究生，毕业于武
汉理工大学，实验师，研究方向为电动汽车技术。
[
1
]
2.4节能减排综合评价
节能减排是未来汽车行业发展的目标，对电动汽车用驱动
电机系统评价体系进行节能减排综合性评价。对产品生命周
期阶段的能源消耗和环境危害进行加权求和，即可得到驱动电
机系统综合评价值。E=EC×EI。在本文中所选定的能源消耗的
权重值为1，环境影响权重值为0.5，综合影响的权重值为0.33。
２７４
信息通信
2系统设计与实现
2.1系统总体设计分析
低压铸造机主要包含有3个基本部分，分别为控制系统、
开合型装置及机体。对于机体而言，其主要工作为储存铝合
金熔液，其主要由两部分构成，即承压密封容器及保温炉；开
合型装置对于铸造机相应工作效率具有较大程度的决定作用，
主要完成动作为铸件的放置与取出等；对于控制系统而言，主
要是利用技术手段，以此来控制低压铸造机的动作，另外，还
可完成诸多的工艺流程的控制工作，如冷却、保压、浇注及加
压等，能够集中体现出铸造过程自动化。针对整个低压铸造
过程而言，其中最为重要的乃是浇注环节，此化解主要包含有
6个阶段，分别为冷却、卸压、保压、增压、充型及升液等，几乎
对铸造的生产效率及产品质量具有决定性作用。所以实现模
具温度的有效控制及浇注过程的液面压力的有效控制，此乃
低压铸造实现自动化的关键所在。因此，对于整个控制系统
而言，其主要包含有两个部分，分别为模具温度冷却控制系统
及液面加压控制系统，其中对于精度具有比较高要求的乃是
液面压力的控制，需达100Pa级，为达到有效控制精确度的目
的与要求，本设计运用了具有较高性能的控制板卡，且将其作
为控制与监测装置。相比于液面压力方面所具有的相应高精
度要求，温度控制方面的精度及实时性要求，相比于前者，则
要相对低一些，系统当中所运用的西门子S7.300PLC，能够对
温度施加有效控制，进而获取更加可靠且稳定的控制效果。对
于整个低压铸造自动控制系统而言，上位机可选择工控机，实
现整体控制温度及液面压力的目的。采用数据采集卡检测液
面压力，另外，将数字组合阀作为系统的执行机构，做种实现
对液面压力的调节。
在实际低压铸造时，需对两个物理参数进行精确控制，即
模具温度及液面压力，系统在控制中心的选择上，则采用西门
子S7.300PLC，控制整个液面的温度及压力，然后则通过利用
数据采集卡，检测液面压力，完成之后，则利用数字组合阀，有
效调节液面的压力，最终实现加压及卸压的相应操作。对于
模具温度检测而言，则利用温度传感器来完成，另外，依据现
实状况，对所获取的温度参数，利用PLC控制冷却电磁阀，来
调节温度。
2.2PLC系统的选型分析
PLC作为系统的核心性的控制中心，其所负责的主要工
作主要有两方面，其一，采集压力及温度的相应参数，且对其
实施深入处理操作，其二，对低压铸造机所具有的多种动作控
制功能予以完成。依据整个系统在现实控制功能方面的相应
需要，不仅要实现十余个模拟量的输入，而且还需要实现74
个数字量的输出及86个数字量的输入，至此，在实际设计过
程中，可运用西门子S7.300PLC，实现系统控制的功能，另外，
在CPU类型的选择上，可选CPU314。
2.3压力的控制
液面加压控制系统压力调节核心元件所运用的乃是数字
组合阀，而此组合阀通过对阀门相应开度实施调节，将不同流
量的空气送入其中，以此实现对流量进行调整的效果。Y5-Y13
乃是为一系列不同的截面面积的阀门，因不同的面积，因此与
之相对应的开度也就存有差异，依据系统在控制方面的相应
需要，通过将各阀门关闭，达到定量控制进气量的目的，而对
于阀门的相应开度而言，则可依据二进制位数的对应关系，实
董龙虎：PLC技术下低压铸造控制系统的设计与实现
施排列。
2.4系统电气设计
在整个系统当中，对于PLC而言，其能够实现的主要
功能主要包含有数字组合阀操作调压功能、冷却电磁阀操
作功能、低压铸造机动作状态监测功能、主回路电机控制功
能、液面压力检测功能、模具温度检测功能及操作命令的执
行功能等。其中，在控制模具温度方面，主要是利用2O条
冷却回路，实现温度的控制与调节。图2为系统主电气回
路设计图。
图2系统主电气回路设计运行图
2.5系统软件设计分析
对于PLC软件部分的设计来讲，其主要运用了两种方
式，分别为及梯形图，针对低压铸造机各种动作的相
应控制而言，因具有较为简单的逻辑，因此，可运用梯形图，
便可将程序设计工作给予完成，而在控制模具冷却而言，由
于其具有比较复杂的控制方式，因此，可采用S7-SCL语言进
行编程而实现。对于整个程序执行过程来讲，首先需扫描系
统关键量，将控制温度作为整个工序的重点环节。针对温度
的冷却系统而言，其中主要采用了三种方式，分别是风、水及
风水，通过三者彼此协同来完成，针对单一的水冷却或风冷
却而言，则可通过对冷却电子阀施加相应控制，便可最终实
现。而对于协同冷却来讲，则需对水冷电磁阀及风冷电磁阀
共同控制来完成。
3结语
低压铸造机作为促使铝合金铸件低压铸造工艺得以实
现的基础性设备，其不仅方便操作，而且结构也较为简单，
但是对于低压铸造工艺过程当中的模具温度及液面压力方
面的控制，则十分的严格和苛刻，为促使低压铸造机在自动
化控制方面能够得以实现，针对低压铸造工艺当中的温度
及压力，为了更好的完成对其实时且高精度的控制，可设计
出基于西门子S7.300为其控制核心内容的低压铸造机自
动控制系统，最后通过稳定的控制策略以及准确的参数采
集，便可实现低压铸造机工作在准确性及稳定性方面的大
幅提升。
参考文献：
[
1
]
李晋辉,郝启堂,周玉川.低压铸造控制系统中模糊PID在
PLC中的实现
[
J
]
.特种铸造及有色合金,2008,28
(
3
)
:
183-185.
[
2
]
朱晓.低压铸造液面加压系统充型信号发生器的设计与实
现
[
J
]
.热加工工艺,2014
(
5
)
:68-69.
２７５
2024年4月10日发(作者：瑞建白)
PLC技术下低压铸造控制系统的设计与实现
董龙虎
（扬州市职业大学，江苏扬州
225009
）
摘要：为了最大化提升低压铸造工艺过程的模具温度控制的精准度及液面压力的精确度，文章分别运用了PLC、自动控制及
传感器等技术，设计出一种以PLC为基础的综合性的低压铸造机自动控制系统，此系统能够对工艺过程当中的温度及压力
进行准确采集，然后利用PLC对诸如冷却阀及数字组合阀施加有效控制，最终达到对温度及压力进行需要性调节的目的，
不仅可实现两参数在具体的控制精确度方面的提升，而且对于低压铸造机控制的铸件质量及自动化水平也可显著提升。
关键词：PLC技术；低压铸造机；控制系统；设计
中图分类号：TG248文献标识码：A文章编号：1673-1131（2016）11-0274-02
伴随当今技术水平的日益提升，有效推动了整个汽车工
业的快速发展，而诸如汽车轮毂等汽车零部件在需求上大幅
增加，进而对诸如铸造等相关行业的实质性发展起到很好的
带动作用，据行业内数据统计可知，2015年的低压铸造铝合金
轮毂在整个铝合金轮毂当中所占比重达75%，由此可感知到
目前的低压铸造行业所蕴藏的市场价值。对于低压铸造机而
言，其乃是整个铝合金低压铸造当中的常用且通用型设备，其
在实际生产当中，往往对于参数控制的精确度具有比较高的
要求，如液面压力及模具温度等，至此，采用目前一些比较先
进的自动控制技术，以此对低压铸造机的精确度更好的施加
控制，提升铸件生产的效率与质量。
进坩埚内合金液的流动，使之流经升液管，最后便可进至型腔，
当流动的金属液全部流至型腔之后，则可实现坩埚内相应气
压的增大，在此压力下，可保证铸件的凝固及成型，对于浇道
及升液管剩存下来的金属液，则会伴随坩埚当中所存有的压
力的相应卸载，通过回流而再次回到坩埚内，当完全冷却之后，
开模，便可获取所铸造的构件，此时，整个低压铸造工艺也就
顺理完成。图1为低压铸造工艺流程。
1低压铸造工艺流程分析
对于低压铸造所具有的关键工艺流程而言，即把完成压
缩之后的干燥空气，加入密封坩埚，坩埚内装有合金液，至此，
便可基于型腔与坩埚间形成一定压差，所产生的压差便会推
图1低压铸造工艺流程图
在节能减排体系中，能够辨别出驱动电机系统的主要影响类别，
将消极因素找寻出来，为未来电动汽车的研发提供能源依据。
3结语
综上所述，电动汽车用驱动电机系统进行评价，需要在科
学的评价方法下，建立驱动电机系统评价体系。在该体系中，
首先需要进行性能指标的选择，然后进行本体设计指标确认，
最后进行企业资历能力指标确定。对电动汽车用驱动电机系
统评价体系进行分析，针对体系中的诸多影响评价的因素，进
行影响机制的评价研究。分别从权重、能源消耗评价、环境影
响评价、节能减排综合评价等方面进行探讨。
图1驱动电机系统项目归类以及对环境的影响类型
借助层次分析法对驱动电机系统评价中的各个环境影响
类型进行权重系数分析，得到以下公式：
，其中EI驱动电机系统全生
命周期综合环境影响值，w为环境影响权重系数。
参考文献：
黄万友.纯电动汽车动力总成系统匹配技术研究
[
D
]
.山东
大学,2012.
[
2
]
周飞鲲.纯电动汽车动力系统参数匹配及整车控制策略研
究
[
D
]
.吉林大学,2013.
[
3
]
黄宜山,张文军,张昌凡,李伟聪,谢佳,申健,吕露.电动汽车
用驱动电机系统评价体系的研究
[
J
]
.大功率变流技术,2013
(
2
)
:47-52.
基金项目：浙江省大学生科技创新活动计划暨新苗人才计划
（2016R478006）
作者简介：傅松桥（1983-），男，浙江绍兴人，研究生，毕业于武
汉理工大学，实验师，研究方向为电动汽车技术。
[
1
]
2.4节能减排综合评价
节能减排是未来汽车行业发展的目标，对电动汽车用驱动
电机系统评价体系进行节能减排综合性评价。对产品生命周
期阶段的能源消耗和环境危害进行加权求和，即可得到驱动电
机系统综合评价值。E=EC×EI。在本文中所选定的能源消耗的
权重值为1，环境影响权重值为0.5，综合影响的权重值为0.33。
２７４
信息通信
2系统设计与实现
2.1系统总体设计分析
低压铸造机主要包含有3个基本部分，分别为控制系统、
开合型装置及机体。对于机体而言，其主要工作为储存铝合
金熔液，其主要由两部分构成，即承压密封容器及保温炉；开
合型装置对于铸造机相应工作效率具有较大程度的决定作用，
主要完成动作为铸件的放置与取出等；对于控制系统而言，主
要是利用技术手段，以此来控制低压铸造机的动作，另外，还
可完成诸多的工艺流程的控制工作，如冷却、保压、浇注及加
压等，能够集中体现出铸造过程自动化。针对整个低压铸造
过程而言，其中最为重要的乃是浇注环节，此化解主要包含有
6个阶段，分别为冷却、卸压、保压、增压、充型及升液等，几乎
对铸造的生产效率及产品质量具有决定性作用。所以实现模
具温度的有效控制及浇注过程的液面压力的有效控制，此乃
低压铸造实现自动化的关键所在。因此，对于整个控制系统
而言，其主要包含有两个部分，分别为模具温度冷却控制系统
及液面加压控制系统，其中对于精度具有比较高要求的乃是
液面压力的控制，需达100Pa级，为达到有效控制精确度的目
的与要求，本设计运用了具有较高性能的控制板卡，且将其作
为控制与监测装置。相比于液面压力方面所具有的相应高精
度要求，温度控制方面的精度及实时性要求，相比于前者，则
要相对低一些，系统当中所运用的西门子S7.300PLC，能够对
温度施加有效控制，进而获取更加可靠且稳定的控制效果。对
于整个低压铸造自动控制系统而言，上位机可选择工控机，实
现整体控制温度及液面压力的目的。采用数据采集卡检测液
面压力，另外，将数字组合阀作为系统的执行机构，做种实现
对液面压力的调节。
在实际低压铸造时，需对两个物理参数进行精确控制，即
模具温度及液面压力，系统在控制中心的选择上，则采用西门
子S7.300PLC，控制整个液面的温度及压力，然后则通过利用
数据采集卡，检测液面压力，完成之后，则利用数字组合阀，有
效调节液面的压力，最终实现加压及卸压的相应操作。对于
模具温度检测而言，则利用温度传感器来完成，另外，依据现
实状况，对所获取的温度参数，利用PLC控制冷却电磁阀，来
调节温度。
2.2PLC系统的选型分析
PLC作为系统的核心性的控制中心，其所负责的主要工
作主要有两方面，其一，采集压力及温度的相应参数，且对其
实施深入处理操作，其二，对低压铸造机所具有的多种动作控
制功能予以完成。依据整个系统在现实控制功能方面的相应
需要，不仅要实现十余个模拟量的输入，而且还需要实现74
个数字量的输出及86个数字量的输入，至此，在实际设计过
程中，可运用西门子S7.300PLC，实现系统控制的功能，另外，
在CPU类型的选择上，可选CPU314。
2.3压力的控制
液面加压控制系统压力调节核心元件所运用的乃是数字
组合阀，而此组合阀通过对阀门相应开度实施调节，将不同流
量的空气送入其中，以此实现对流量进行调整的效果。Y5-Y13
乃是为一系列不同的截面面积的阀门，因不同的面积，因此与
之相对应的开度也就存有差异，依据系统在控制方面的相应
需要，通过将各阀门关闭，达到定量控制进气量的目的，而对
于阀门的相应开度而言，则可依据二进制位数的对应关系，实
董龙虎：PLC技术下低压铸造控制系统的设计与实现
施排列。
2.4系统电气设计
在整个系统当中，对于PLC而言，其能够实现的主要
功能主要包含有数字组合阀操作调压功能、冷却电磁阀操
作功能、低压铸造机动作状态监测功能、主回路电机控制功
能、液面压力检测功能、模具温度检测功能及操作命令的执
行功能等。其中，在控制模具温度方面，主要是利用2O条
冷却回路，实现温度的控制与调节。图2为系统主电气回
路设计图。
图2系统主电气回路设计运行图
2.5系统软件设计分析
对于PLC软件部分的设计来讲，其主要运用了两种方
式，分别为及梯形图，针对低压铸造机各种动作的相
应控制而言，因具有较为简单的逻辑，因此，可运用梯形图，
便可将程序设计工作给予完成，而在控制模具冷却而言，由
于其具有比较复杂的控制方式，因此，可采用S7-SCL语言进
行编程而实现。对于整个程序执行过程来讲，首先需扫描系
统关键量，将控制温度作为整个工序的重点环节。针对温度
的冷却系统而言，其中主要采用了三种方式，分别是风、水及
风水，通过三者彼此协同来完成，针对单一的水冷却或风冷
却而言，则可通过对冷却电子阀施加相应控制，便可最终实
现。而对于协同冷却来讲，则需对水冷电磁阀及风冷电磁阀
共同控制来完成。
3结语
低压铸造机作为促使铝合金铸件低压铸造工艺得以实
现的基础性设备，其不仅方便操作，而且结构也较为简单，
但是对于低压铸造工艺过程当中的模具温度及液面压力方
面的控制，则十分的严格和苛刻，为促使低压铸造机在自动
化控制方面能够得以实现，针对低压铸造工艺当中的温度
及压力，为了更好的完成对其实时且高精度的控制，可设计
出基于西门子S7.300为其控制核心内容的低压铸造机自
动控制系统，最后通过稳定的控制策略以及准确的参数采
集，便可实现低压铸造机工作在准确性及稳定性方面的大
幅提升。
参考文献：
[
1
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李晋辉,郝启堂,周玉川.低压铸造控制系统中模糊PID在
PLC中的实现
[
J
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.特种铸造及有色合金,2008,28
(
3
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183-185.
[
2
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朱晓.低压铸造液面加压系统充型信号发生器的设计与实
现
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.热加工工艺,2014
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