砂處理系統(tǒng)實(shí)時(shí)砂量監(jiān)控及方法

李成永

（四川共享鑄造有限公司，四川 資陽 641300）

0 引言

隨著工業(yè)智能制造的推進(jìn)與發(fā)展，傳統(tǒng)鑄造的轉(zhuǎn)型升級(jí)勢在必行。砂型鑄造工藝中，對(duì)砂處理系統(tǒng)的砂量實(shí)時(shí)監(jiān)控是一大難題。對(duì)于錯(cuò)綜復(fù)雜的砂處理系統(tǒng)，無法判斷每個(gè)砂庫砂量、整個(gè)系統(tǒng)砂量、系統(tǒng)需要補(bǔ)充多少砂量等，從而造成生產(chǎn)缺砂風(fēng)險(xiǎn)，甚至影響正常生產(chǎn)。本文僅對(duì)砂處理系統(tǒng)的砂量實(shí)時(shí)監(jiān)控存在的問題進(jìn)行分析，提出砂處理系統(tǒng)砂量實(shí)時(shí)監(jiān)控的一些想法，以期起到降本增效的作用。

1 方法描述

砂處理系統(tǒng)包括砂庫系統(tǒng)、終端用砂設(shè)備、砂處理回收系統(tǒng)，砂庫系統(tǒng)設(shè)置多個(gè)砂庫，每個(gè)所述砂庫設(shè)置多個(gè)發(fā)送罐，其特征在于，包括確定每個(gè)發(fā)送罐的每次發(fā)送砂量重量及發(fā)送次數(shù)以確定每個(gè)發(fā)送罐的砂量值；確定單個(gè)砂庫的砂量值；利用砂庫料位計(jì)對(duì)砂量值進(jìn)行糾正；確定每個(gè)砂庫砂量糾正及糾正后的砂量值；確定終端用砂設(shè)備的生產(chǎn)用砂量及砂處理回收系統(tǒng)的回砂量；確定砂處理系統(tǒng)總砂量；確定砂處理系統(tǒng)的砂量補(bǔ)充值。

根據(jù)每一個(gè)砂庫對(duì)應(yīng)的密相氣力輸送裝置中的發(fā)送罐的發(fā)送次數(shù)來計(jì)算砂庫內(nèi)的庫存砂量，利用砂庫多個(gè)料位計(jì)來對(duì)砂量進(jìn)行糾正，根據(jù)多個(gè)砂庫庫存砂量來計(jì)算系統(tǒng)總砂量，保證砂量可以實(shí)時(shí)和準(zhǔn)確監(jiān)控。

砂庫的發(fā)送罐有進(jìn)砂發(fā)送罐和出砂發(fā)送罐，進(jìn)砂發(fā)送罐通過發(fā)送管道將砂子發(fā)往砂庫，出砂發(fā)送罐將砂庫中的砂子送出。砂庫中的上部、中部、下部分別設(shè)置料位計(jì)，料位計(jì)位置固定，當(dāng)觸發(fā)某一個(gè)料位計(jì)時(shí)，砂庫的砂量值固定為對(duì)應(yīng)料位計(jì)位置的砂量值。具體的控制方法如下。

1.1 確定發(fā)送罐每次發(fā)送砂量重量值

采用密相氣力輸送裝置，發(fā)送罐發(fā)送一次為一個(gè)循環(huán)，由于每發(fā)送一次的重量有一定差異，為確保砂庫計(jì)量準(zhǔn)確，將每個(gè)發(fā)送罐發(fā)送一次的砂子重量分別計(jì)量。將發(fā)送罐加滿后從底部放出罐內(nèi)所有的砂子，對(duì)放出的砂子精確稱量重量，重復(fù)N 次，得到發(fā)送砂量重量平均值，將該值確定為發(fā)送罐每次發(fā)送砂量重量值。

1.2 確定發(fā)送罐發(fā)送次數(shù)

每個(gè)發(fā)送罐發(fā)送一次為一個(gè)循環(huán)，發(fā)送次數(shù)可以利用PLC 程序進(jìn)行計(jì)量，當(dāng)發(fā)送罐內(nèi)砂量達(dá)到上料位（上部設(shè)置的料位計(jì)），主進(jìn)氣閥開啟時(shí)觸發(fā)上升沿，累加計(jì)數(shù)器加1，并將發(fā)送次數(shù)記錄于程序的DB 塊中，確定發(fā)送罐發(fā)送次數(shù)。

1.3 單個(gè)砂庫砂量值的計(jì)算

每個(gè)發(fā)送罐發(fā)送的砂量值=發(fā)送罐每次發(fā)送砂重量值×發(fā)送次數(shù)。

假設(shè)砂庫的初始值為0，因?yàn)榘l(fā)送罐有進(jìn)砂發(fā)送罐和出砂發(fā)送罐，單個(gè)砂庫的砂量值定義為進(jìn)砂發(fā)送罐發(fā)送的砂量值與出砂發(fā)送罐發(fā)送的砂量值的差值。

1.4 砂庫的砂量值糾正

因?yàn)榘l(fā)送罐計(jì)量會(huì)出現(xiàn)誤差，誤差累計(jì)會(huì)導(dǎo)致砂庫砂量值變?yōu)樨?fù)數(shù)或者高于砂庫容量值，因此在砂庫上設(shè)置多個(gè)料位計(jì)，當(dāng)料位計(jì)觸發(fā)時(shí)，將砂庫目前的砂量值強(qiáng)制改為料位計(jì)位置對(duì)應(yīng)的砂量值。若砂庫容量小于100 t，則料位計(jì)分別設(shè)置在砂庫上部、中部、下部，三個(gè)料位計(jì)分布為上部料位計(jì)、中部料位計(jì)、下部料位計(jì)。若砂庫大于100 t，可根據(jù)實(shí)際情況增加料位計(jì)個(gè)數(shù)，砂庫容量每增加30 t，增加1 個(gè)料位計(jì)。

通過容積、砂子堆積角度、砂子堆積密度等算出料位計(jì)的值，料位計(jì)的位置砂量值分別為料位計(jì)砂量值，當(dāng)觸發(fā)料位計(jì)時(shí)，每個(gè)砂庫的砂量值強(qiáng)制改為每個(gè)料位計(jì)對(duì)應(yīng)的砂量值，即單個(gè)砂庫的砂量即為料位計(jì)砂量值，并將發(fā)送次數(shù)全部清零。

1.5 糾正后的砂庫砂量值

當(dāng)砂庫砂量糾正后，所有發(fā)送次數(shù)全部清零，但砂庫砂量值的初始值變?yōu)榱衔挥?jì)砂量值，所以當(dāng)料位計(jì)觸發(fā)后，再繼續(xù)發(fā)送過程中砂庫砂量值的實(shí)時(shí)值變?yōu)椋杭m正后的砂庫砂量值=料位計(jì)砂量值+進(jìn)砂發(fā)送罐發(fā)送的砂量值- 出砂發(fā)送罐發(fā)送的砂量值。

1.6 終端設(shè)備生產(chǎn)用砂量及砂處理回收系統(tǒng)回砂量值

終端用砂設(shè)備需要的用砂量來源于生產(chǎn)計(jì)劃Mes 系統(tǒng)，當(dāng)生產(chǎn)計(jì)劃從系統(tǒng)中下達(dá)，同時(shí)在系統(tǒng)中計(jì)算出生產(chǎn)計(jì)劃所需砂量，砂處理系統(tǒng)則提取生產(chǎn)用砂量。砂處理回收系統(tǒng)的回砂量來源于生產(chǎn)用砂后進(jìn)行的熱法再生處理砂，砂子在使用過程中存在一定損耗，根據(jù)一定時(shí)間段的統(tǒng)計(jì)分析，確定損耗系數(shù)α，則砂處理回收系統(tǒng)回砂量值為（1-α）×生產(chǎn)用砂量。

1.7 砂處理系統(tǒng)總砂量值計(jì)算

單個(gè)砂庫的砂量值監(jiān)控的是單個(gè)砂庫砂量，針對(duì)復(fù)雜的砂處理系統(tǒng)會(huì)有多個(gè)砂庫，砂量通過同樣的方式進(jìn)行監(jiān)控，系統(tǒng)回砂量為：（1-α）×生產(chǎn)用砂量，則砂處理系統(tǒng)總砂量的值為多個(gè)砂庫的砂量值之和加上系統(tǒng)回砂量值。

1.8 系統(tǒng)砂量補(bǔ)充

根據(jù)一定時(shí)間段的用砂計(jì)劃量核算出砂處理系統(tǒng)總砂量庫存的安全范圍的最小值（Min）和最大值（Max），若Min≤總砂量≤Max，砂處理系統(tǒng)周轉(zhuǎn)的砂量正常；若總砂量＜Min，則需要補(bǔ)充系統(tǒng)砂量，以保證系統(tǒng)砂量正常周轉(zhuǎn)。

利用各個(gè)發(fā)送罐發(fā)送砂量進(jìn)行加減，得出砂庫庫存的實(shí)時(shí)砂量，做在觸摸屏內(nèi)，直觀反應(yīng)各個(gè)砂庫的砂量狀態(tài)；通過多個(gè)料位計(jì)，對(duì)砂庫的砂量進(jìn)行糾偏，提高砂庫砂量的精確度；將每個(gè)設(shè)備前端各個(gè)砂庫的砂量匯總，直觀反應(yīng)當(dāng)日生產(chǎn)所需砂量是否足夠，避免因生產(chǎn)過程中缺砂而停機(jī)；按照生產(chǎn)計(jì)劃提前評(píng)估供、用砂量平衡，提前預(yù)警，降低生產(chǎn)線砂芯存儲(chǔ)時(shí)間，提高砂子流動(dòng)效率，保證生產(chǎn)計(jì)劃完成；將系統(tǒng)所有砂量進(jìn)行匯總統(tǒng)計(jì)，設(shè)置安全庫存砂量，砂量不足及時(shí)采購補(bǔ)充，避免系統(tǒng)砂量不足而無法正常周轉(zhuǎn)；每一砂庫的各個(gè)料位計(jì)兩兩關(guān)聯(lián)，故障及時(shí)報(bào)警，防止因料位計(jì)故障而降低砂庫砂量的準(zhǔn)確性。

圖1 砂庫及發(fā)送罐布局示意圖

2 結(jié)束語

隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展，鑄造行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)提上日程，通過上述方法得以實(shí)現(xiàn)砂量的自動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)控，根據(jù)生產(chǎn)需求調(diào)整砂量，以最少的砂量在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)，起到降本增效的作用。