郭海青，楊啟帆，張廣偉，劉 霞

（1.第一拖拉機股份有限公司，河南洛陽 471004；2.北京友道科技鄭州分公司，河南鄭州 450000）

消失模作為一種綠色的新型鑄造生產(chǎn)工藝，因生產(chǎn)過程簡單、砂子可以重復循環(huán)使用、干凈衛(wèi)生、對環(huán)境沒有污染而得到廣泛應用[1]。消失模鑄造工藝的特點是采用了無粘結(jié)劑的干砂造型[2]。但是經(jīng)過澆注后的砂子溫度都很高，消失模鑄造用砂對于溫度的控制又比較嚴格，如果不經(jīng)過冷卻處理而直接利用的話，過高的砂溫會直接影響白膜的質(zhì)量，從而影響鑄件的成型。因此，增加砂溫冷卻系統(tǒng)尤為重要，這對節(jié)約成本、節(jié)能減排具有重要意義。

1 砂溫冷卻系統(tǒng)工作流程

1.1 設備運行環(huán)境及技術(shù)要求

環(huán)境條件：溫度-10～45℃；環(huán)境濕度：≤95%；動力電源：380/220V±10%，50Hz±2%，三相五線制。

技術(shù)要求：進料溫度100℃通過板式砂溫調(diào)節(jié)器降至出料溫度50℃，砂處理量≥60t/h。

1.2 工作流程

①熱砂經(jīng)1#斗提機出砂口流出→②砂溫調(diào)節(jié)器儲砂倉→③砂溫調(diào)節(jié)器散熱組件降溫→④密相輸送卸砂器→⑤進入2#斗提機入砂口→⑥皮帶機。

2 砂溫冷卻系統(tǒng)電控方法

2.1 砂溫冷卻控制系統(tǒng)組成

砂溫冷卻控制系統(tǒng)的組成圖如圖1 所示，實現(xiàn)對砂溫冷卻系統(tǒng)的閉環(huán)控制。

圖1 砂溫冷卻控制系統(tǒng)組成圖

PLC 與人機界面通過PN 口以太網(wǎng)連接。

數(shù)字量輸入信號：手/自動選擇，實現(xiàn)系統(tǒng)的手/自動運行狀態(tài)的切換；變頻器故障報警；下料開關(guān)；給料啟動，實現(xiàn)在有砂子進入砂溫冷卻系統(tǒng)時將信號傳送給PLC；報警消音，實現(xiàn)聲光報警后，對蜂鳴的消除。

數(shù)字量輸出信號：下料運行，實現(xiàn)砂子的下料；下料器冷卻風扇，在下料運行時，避免下料器過熱，使風扇運行；料位高信號，在料位過高的時候停止給料并報警；料位低信號，提示需要加料。

模擬量輸入信號：進口砂溫；出口砂溫；冷卻水進口溫度；冷卻水出口溫度；砂子料位。

模擬量輸出信號：變頻器模擬量控制信號，實現(xiàn)對變頻器頻率的實時調(diào)節(jié)。

控制系統(tǒng)選用PLC 可編程控制器及其模擬量輸入輸出擴展模塊。通過PLC 對設備運行狀態(tài)實現(xiàn)實時監(jiān)控、超溫保護、上限設定、水溫和砂溫進出口溫度顯示、溫度曲線監(jiān)測、上下料位顯示、報警信息提示、報警復位、聲光報警、故障查詢等功能。

2.2 砂溫冷卻 控制系統(tǒng)實現(xiàn)方法

根據(jù)消失模鑄造砂的工藝要求，在人際界面中設定出口砂溫的上限值，實時監(jiān)控并采集出口砂溫，將采集的模擬信號傳送到PLC 可編程控制器中進行處理，PLC 經(jīng)過與設定溫度的比較運算，控制變頻器的運行情況，從而實現(xiàn)對消失模鑄造砂溫度的在線實時監(jiān)測及閉環(huán)控制。

電控系統(tǒng)的軟件部分主要包括控制程序和人機界面信息顯示及兩者的通信，控制程序主要采用梯形圖形式進行編寫，人機界面主要采用圖形化編程方法來進行編制。在變頻器中設置電機的額定功率、額定電壓、額定電流、額定轉(zhuǎn)速等參數(shù)，通過變頻器對旋轉(zhuǎn)閥電機進行控制和保護[3]。

2.2.1 PLC 控制方法

砂溫冷卻控制系統(tǒng)與整條消失模自動線程序?qū)崿F(xiàn)聯(lián)鎖，可以實現(xiàn)整條生產(chǎn)線的自動運行。下料旋轉(zhuǎn)閥和型砂料位計聯(lián)鎖，可根據(jù)料位高低，自動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，使料位更穩(wěn)定。PLC 預留10%的I/O 余量。

圖2 PLC 程序流程圖

砂溫冷卻控制系統(tǒng)的電氣控制過程如下：

（1）工作時，啟動消失模砂溫冷卻系統(tǒng)，在人機界面上設定出口砂溫的上限值；判斷料位是否低于下限值，若是，則向上級系統(tǒng)發(fā)送給料信號，直至高于下限值；判斷料位是否高于上限值，若是，向上級系統(tǒng)發(fā)送停止加料信號，直至滿足工藝要求。

（2）溫度傳感器及料位傳感器對進出口砂溫、冷卻水進出口溫度及料位信息進行檢測，采用變送器，將信號轉(zhuǎn)換為4mA～20mA 模擬量信號輸入到PLC，通過在PLC 中編制程序，將對應的電流信號轉(zhuǎn)換成溫度及料位信號，并在人機界面上顯示。

（3）PLC 對采集到的出口砂溫與設定的上限值進行比較，若高于上限值，則通過相應的算法降低變頻器的頻率，使得下料旋轉(zhuǎn)閥速度變慢，減緩下料速度，增加砂子的冷卻時間，使其達到工藝要求。

（4）檢測變頻器是否出現(xiàn)故障或者由于線路等原因?qū)﹄姍C進行保護而輸出故障信號到PLC，PLC 對系統(tǒng)下達停止指令，并且再將故障信息傳送到人機界面顯示。

2.2.2 人機界面的設計

觸摸屏上顯示系統(tǒng)的手/自動運行狀態(tài)，設有主畫面、報警記錄畫面、調(diào)試畫面、溫度曲線1、溫度曲線2 各個畫面的相互切換按鈕，見圖3。

圖3 主畫面

在調(diào)試畫面中（見圖4），有料位上下限的調(diào)試窗口，可以根據(jù)生產(chǎn)需求去調(diào)節(jié)料位的上下限數(shù)值，直至滿足工藝要求；具有出口砂溫上限報警值的調(diào)試窗口，便于現(xiàn)場調(diào)試。

圖4 調(diào)試畫面

設有報警記錄畫面，當砂溫冷卻系統(tǒng)出現(xiàn)任何報警，不管人機界面處于任何畫面，都會跳出報警畫面，點擊報警記錄按鈕，可以查看具體的報警信息，見圖5。

圖5 報警記錄畫面

設有進出口砂溫曲線畫面，對進出口砂的溫度數(shù)據(jù)進行采集，并在同一個曲線圖中做出隨時間變化的溫度曲線走向，便于觀察進出口溫度的比較及各自的變化情況，見圖6。

設有冷卻水進出口溫度曲線畫面，對冷卻水進出口溫度數(shù)據(jù)進行采集，并在同一個曲線圖中做出隨時間變化的溫度曲線走向，便于觀察冷卻水進出口溫度的比較及各自的變化情況，見圖7。

圖7 冷卻水進出口溫度曲線圖

3 結(jié)論

本系統(tǒng)實現(xiàn)了對消失模鑄造砂溫度的在線實時監(jiān)測及閉環(huán)控制，并且在人機界面上實現(xiàn)系統(tǒng)運行狀態(tài)及相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，具有數(shù)據(jù)條數(shù)、報警記錄查詢及溫度變化曲線畫面，便于觀察及調(diào)試系統(tǒng)。

消失模砂溫冷卻電控系統(tǒng)，根據(jù)消失模鑄造砂工藝要求，設定出口砂溫度的上限溫度，通過在線自動監(jiān)測出口砂溫變化，將采集的溫度進行自動處理與判斷，并根據(jù)結(jié)果調(diào)整下料變頻器的頻率，從而調(diào)整下料旋轉(zhuǎn)閥的轉(zhuǎn)速，控制下料速度，實現(xiàn)砂溫冷卻系統(tǒng)的砂溫自動控制，使下料后的砂子溫度滿足工藝要求，回收再利用，提高砂子的利用率，保證消失模的質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，達到節(jié)約成本的目的。