流量反饋控制在呋喃樹(shù)脂混砂機(jī)上的應(yīng)用

張志方，郭敬文，張漢強(qiáng)

（濟(jì)南二機(jī)床集團(tuán)有限公司，濟(jì)南 250022）

流量反饋控制在呋喃樹(shù)脂混砂機(jī)上的應(yīng)用

張志方，郭敬文，張漢強(qiáng)

（濟(jì)南二機(jī)床集團(tuán)有限公司，濟(jì)南 250022）

在呋喃樹(shù)脂混砂機(jī)造型工藝中，采用液料流量反饋閉環(huán)控制提高呋喃樹(shù)脂流量穩(wěn)定性的控制原理和解決方案。

混砂機(jī)；鑄造工藝；穩(wěn)定性；閉環(huán)控制

1 概述

當(dāng)前鑄造行業(yè)混砂機(jī)液料配比控制上多采用開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，即按照造型工藝預(yù)先確定樹(shù)脂和固化劑配比之后，混砂機(jī)造型過(guò)程中按照該液料配比工作，控制系統(tǒng)不采集兩種液料的流量信號(hào)。開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)中，兩液料的流量無(wú)反饋通道，系統(tǒng)不能檢測(cè)液料流量是否出現(xiàn)了偏差，更不能自動(dòng)糾正液料流量的偏離。若設(shè)備工作中出現(xiàn)較大外部擾動(dòng)，那么液料的供應(yīng)量和工藝配比的穩(wěn)定性都難以保證，最終影響產(chǎn)品的質(zhì)量，甚至造成產(chǎn)品報(bào)廢。

造型工藝中，混砂機(jī)工作穩(wěn)定性關(guān)系著造型工件質(zhì)量是否合格，其中液料流量和液料配比的穩(wěn)定性是關(guān)鍵因素。在工程中引入液料流量計(jì)，采用流量反饋閉環(huán)控制，將液料的流量值實(shí)時(shí)反饋給控制系統(tǒng)，系統(tǒng)自動(dòng)糾正液料流量偏差，可以很好地解決液料流量和液料配比穩(wěn)定性問(wèn)題。混砂機(jī)工作過(guò)程中，控制系統(tǒng)能夠自動(dòng)糾正因各種擾動(dòng)引起的液料流量偏差問(wèn)題，提高樹(shù)脂砂混砂機(jī)工作的穩(wěn)定性，可有效降低工件廢品率。鑄造呋喃樹(shù)脂工藝中，呋喃樹(shù)脂和固化劑成本所占造型工序生產(chǎn)總成本比重最大，液料加入量的精確穩(wěn)定控制，能夠最大程度發(fā)揮鑄造工藝中液料配比工藝的優(yōu)勢(shì)，精確控制液料加入量，能夠有效降低生產(chǎn)成本。

2 方案

（1）原件選用及接線方式

對(duì)于呋喃樹(shù)脂流量測(cè)量器，可選用TURCK公司在線式流量計(jì)。該系列流量計(jì)可用于測(cè)量各種最小導(dǎo)電率的導(dǎo)電性液體，并且可編程。工作電壓 DC21～26（V），4～20（mA）線性模擬量電流信號(hào)輸出，液料流量范圍5～40（L/min），測(cè)量精度±2%，三位數(shù)碼實(shí)時(shí)顯示檢測(cè)液料流量。

該型流量計(jì)為四線制接插式流量計(jì)，接線方式如圖1。圖1中FC表示流量計(jì)，1#針BN-表示棕色線，接DC24V+；2#針BU-表示藍(lán)色線，接DC24V-；3#針WH-表示白色線,是流量計(jì)模擬量輸出信號(hào)線,接控制系統(tǒng)樹(shù)脂模擬量輸入模塊的流量反饋通道；4#針BK-表示黑色線,本方案中懸空不接線。

固化劑流量測(cè)量器,選用GF公司微流量傳感器,該型傳感器包含一個(gè)由流體驅(qū)動(dòng)的自由運(yùn)行轉(zhuǎn)子。在給定的測(cè)量范圍內(nèi),轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速是和流體流速成正比的。該型流量計(jì)需配置GF+公司流量變送器。

微流量傳感器和流量變送器的接線圖見(jiàn)圖2、圖3。圖2為流量變送器1#～4#接線端子,其中1#端子接DC24V+；2#端子接DC24V-；3#端子和1#端子短接共同接DC24V+；4#端子為模擬量輸出信號(hào)線,接控制系統(tǒng)模擬量輸入模塊的固化劑流量反饋通道。

圖3為流量變送器7#～9#接線端子，這3個(gè)端子為微流量傳感器的接口。7#～9#端子分別接微流量傳感器黑色、紅色和地線（即屏蔽層）。本方案中流量變送器5#～6#接線端子可選擇懸空不接線。

主控制系統(tǒng)采用SIEMENS公司產(chǎn)品，液料流量反饋輸入接口選用2通道模擬量輸入模塊，變頻調(diào)速模擬量輸出控制信號(hào)選用2通道模擬量輸出模塊。呋喃樹(shù)脂和固化劑泵可根據(jù)生產(chǎn)率選型，兩液料泵采用變頻調(diào)速控制，可選用SIEMENS公司通用型變頻器。

（2）控制原理

下面以呋喃樹(shù)脂泵為例介紹液料反饋閉環(huán)控制原理。控制系統(tǒng)功能上設(shè)置“液料反饋啟用”和“液料反饋停止”兩種狀態(tài)。“液料反饋啟用”狀態(tài)表示啟用液料反饋控制功能，此狀態(tài)KA1斷開(kāi)，KA2吸合；“液料反饋停止”狀態(tài)表示停止液料反饋控制功能，此狀態(tài)下KA1吸合，KA2斷開(kāi)。

樹(shù)脂泵及其變頻器接線如圖4。

圖4中電源L1～L3為三相AC380V，R1為滑動(dòng)電阻器，M1表示樹(shù)脂泵電機(jī)。KA1和KA2為小型中間繼電器。D8和D9接線端子接入控制樹(shù)脂泵變頻器的模擬量輸出通道；當(dāng)“液料反饋啟用狀態(tài)”時(shí)，模擬量輸出通道對(duì)樹(shù)脂泵變頻器賦參數(shù)值，控制變頻器對(duì)樹(shù)脂泵進(jìn)行變頻調(diào)速。

下面介紹液料反饋控制原理和控制算法。設(shè)A1為呋喃樹(shù)脂砂造型工藝要求的呋喃樹(shù)脂流量目標(biāo)值，A2為FCMI向系統(tǒng)反饋呋喃樹(shù)脂實(shí)時(shí)流量值。

呋喃樹(shù)脂流量目標(biāo)值（A1）的設(shè)定方法：“液料反饋停止”狀態(tài)下，KA1吸合，KA2斷開(kāi)，變頻器工作在“端子排輸入”控制模式下。調(diào)整滑動(dòng)電阻器R1，R1利用分壓原理賦予變頻器不同電壓參照值，從而對(duì)呋喃樹(shù)脂泵進(jìn)行調(diào)速控制。調(diào)整R1直至調(diào)整到工藝要求的呋喃樹(shù)脂流量目標(biāo)值A(chǔ)1；調(diào)整過(guò)程中FCMI三位數(shù)碼屏實(shí)時(shí)顯示呋喃樹(shù)脂的流量。A1值穩(wěn)定后，PLC將記憶此時(shí)FCMI向控制系統(tǒng)反饋的目標(biāo)流量信號(hào)A1。

呋喃樹(shù)脂目標(biāo)流量A1確定之后，啟用“液料反饋啟用”功能，此時(shí)KA1斷開(kāi)，KA2吸合，變頻器工作在“固定頻率”控制模式下。PLC將FCMI反饋的實(shí)時(shí)流量信號(hào)A2和目標(biāo)流量A1做比較。控制系統(tǒng)自動(dòng)判斷A2和A1的大小關(guān)系，若A2＞A1，控制算法做“減法”運(yùn)算，控制變頻器輸出降低呋喃樹(shù)脂泵轉(zhuǎn)速，減小呋喃樹(shù)脂流量，直至A2=A1；若A2＜A1，控制算法做“加法”運(yùn)算，控制變頻器輸出提高呋喃樹(shù)脂泵轉(zhuǎn)速，提升呋喃樹(shù)脂流量，直至A2=A1。控制系統(tǒng)自動(dòng)糾正“液料流量實(shí)時(shí)反饋值”與“目標(biāo)值”之間的偏差，實(shí)現(xiàn)將呋喃樹(shù)脂加入量穩(wěn)定在目標(biāo)值，從而提高液料配比的穩(wěn)定性，整體提高設(shè)備性能。

固化劑液料泵控制原理和控制算法與樹(shù)脂泵相同，不再贅述。

3 結(jié)語(yǔ)

液料流量反饋控制系統(tǒng)在多個(gè)項(xiàng)目實(shí)際生產(chǎn)中得到了完美應(yīng)用，系統(tǒng)工作穩(wěn)定，響應(yīng)速度快，液料流量控制精度小于±1%。

An Application of the Flux Feed Back Closed Loop Control for a Furan Resin-Sand Mixer

ZHANG ZhiFang,GUO JingWen,ZHANG HanQiang
（JIER Machine-Tool Group Co．Ltd．,Jinan 250022,Shandong China）

In the foundry technology of the furan resin-sand mixer,the application of flux feed back closed loop control has given control principle and method in improvement on the stability of the furan resin flux and match technology．

Sand mixer;Foundry technology;Stability;Closed loop control

TG231.2;

A；

1006－9658（2012）04－0034-2

2012-03-22

稿件編號(hào)：1203-033

張志方（1981-），男，助理工程師，鑄造設(shè)備電氣控制設(shè)計(jì)、調(diào)試工作