混砂機液料流量的精確控制

邵 華

（共享集團有限責任公司，寧夏銀川 750021）

混砂機液料流量的精確控制

邵 華

（共享集團有限責任公司，寧夏銀川 750021）

共享鑄鋼有限公司（以下簡稱KSF）造型線出現(xiàn)因混砂機液料加入量異常造成砂型報廢的問題，給生產(chǎn)造成了較大損失，通過對液料輸送系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)進行分析，對液料控制系統(tǒng)進行改造，實現(xiàn)了混砂機液料流量的精確控制，解決了液料加入量異常后使砂型報廢的問題。

混砂機；液料流量；開環(huán)控制；PLC

2009年底～2010年，KSF砂型經(jīng)常因為混砂機液料加入量異常，造成砂型打箱后松散、報廢，嚴重影響生產(chǎn)。通過逐一對混砂機設備的液料輸送環(huán)節(jié)進行檢查，清洗（個別更換）每一個液料輸送系統(tǒng)的元件，最終排除了故障，但同時也曝露出問題：

（1）故障雖然排除了，但只是暫時的，隨著這些元件的老化、結(jié)垢等，同樣的故障還是會再次發(fā)生。而且這種處理方法屬于事后的糾正措施，不能在作業(yè)過程中有效監(jiān)控，不能起到預防作用。

（2）混砂機設備的液料加入量，采用變頻器控制液料泵開環(huán)運行（頻率與泵輸出流量按線性比例控制），受硬件的影響比較大，一旦液料輸送系統(tǒng)元件發(fā)生變化，如元件老化、更換或者結(jié)垢后，使管阻變化、液料通過面積變化等，都會造成液料量變化，從而使液料加入量與工藝要求值產(chǎn)生偏差，導致砂型報廢。

1 改進方案

針對混砂機液料加入量出現(xiàn)的上述問題，通過對混砂機液料輸送系統(tǒng)和控制系統(tǒng)（圖1）進行分析，針對每個元件對液料流量可能產(chǎn)生的影響制定出改進方案：

（1）過濾器可能出現(xiàn)堵塞，造成液料泵輸出無流量或者流量變小。

解決方法：增加液料流量實時監(jiān)測保護，一旦液料流量低于設定值允許的范圍，立即報警，并停止混砂輸出，然后在觸摸屏顯示過濾器堵塞。

圖1 液料輸送系統(tǒng)控制系統(tǒng)

（2）液料泵老化（齒輪磨損等），造成變頻器頻率與液料泵的線性系數(shù)變化(實際使用過程中，泵的輸出流量與變頻器頻率不成標準的線性關系。在不同的流量段，泵與變頻器頻率的線性系數(shù)也不相同)，在設定值（由觸摸屏鍵盤設置）不變的情況下，液料流量將變小。

解決方法：改變液料泵的控制方法，由目前的開環(huán)控制，改為PID閉環(huán)控制，將流量儀監(jiān)測的實際流量作為負反饋輸入，實時與設定值進行比較，從而根據(jù)設定流量自動調(diào)節(jié)泵速，達到精確控制液料流量的目的。改進前后系統(tǒng)控制模型見圖2。

（3）出液閥、回流閥、出氣閥為電磁氣動控制閥，一旦由于線圈損壞或者氣壓不足等， PLC雖然輸出信號控制閥門打開，但閥門實際未動作，或動作幅度不夠，造成流量不足或消失。

解決方法：在氣動閥上增加限位，監(jiān)測閥門是否開到位，并在氣路上增加壓力監(jiān)測，一旦壓力不足，立即停止混砂輸出。

圖2 改造前后控制系統(tǒng)模型

經(jīng)過以上分析，首先對液料泵的控制系統(tǒng)進行了改造。利用某PID子程序功能，將流量儀的反饋信號和設定值在PLC中進行PID運算，然后PLC再將運算結(jié)果轉(zhuǎn)換成與頻率成線性關系的模擬量信號，控制變頻器頻率按照運算結(jié)果進行調(diào)節(jié)，使實際值在目標值范圍內(nèi)進行微小波動，最終實現(xiàn)了液料流量的PID閉環(huán)控制（投入使用后，調(diào)整參數(shù)D的作用不明顯，所以實際只用了PI控制）。

2 改進效果

改造后的閉環(huán)控制系統(tǒng)投入使用后，先后在控制混砂機流砂的砂閘和控制液料的液料閥的PLC控制程序上，增加了氣動閥門限位和氣壓檢測、過濾報警等保護功能。經(jīng)過改造，原來出現(xiàn)的問題都得到了很好的解決了，但卻出現(xiàn)了一個新的問題，即泵停止后，由于流向機頭的液料管路位置高，液料出現(xiàn)倒流現(xiàn)象（液料從高位的混砂機機頭流向處于低位的液料箱，與泵運轉(zhuǎn)時液料的流向相反），因此流量儀被后置為最大值并保持，當再次啟動混砂機流砂時，因流量儀一直保持最大值，所以在PID運算后，將輸出結(jié)果為0，導致液料泵停工，此時流砂便出現(xiàn)流干砂但不會報警和停機保護。為解決這一問題，結(jié)合液料流量檢測，增加了泵速檢測，一旦泵速為0，或者低于泵速下限時（泵速下限為現(xiàn)場試驗得出的滿足不同工藝配比的最小液料流量時的PID輸出值），液料流量為正常值（大于工藝允許下限的值），則立即報警并停機。經(jīng)過現(xiàn)場使用，改造后的這套系統(tǒng)，達到了精確控制液料流量，并實時對液料流量進行監(jiān)測、保護的作用。

3 結(jié)論

本次改造花費的時間較長，我們是在不斷解決問題又不斷發(fā)現(xiàn)問題的過程中，逐步的將控制系統(tǒng)進行了完善，從使用效果看，達到了解決液料加入量造成砂型報廢問題的目的。同時通過此次問題的處理，使我們對設備的控制系統(tǒng)有了一個更深的了解，對于精度要求高的系統(tǒng)，應該針對每一個可能出現(xiàn)問題的環(huán)節(jié)，增加檢測元件，通過設備的大腦（PLC），去自動檢測自身各部件的好壞，并及時作出動作，防止事故擴大化，這一思路也已成功應用在了VOD的應急系統(tǒng)中，效果很好。

Accuracy Control and Application of Liquid Material Flux on Sand Mixer

SHAO Hua

(Ningxia KOCEL Group Co.Ltd.,Yinchuan 750021, Ningxia China)

Careful analysis on each sector of liquid material feeding system has been fulfiled before an accuracy control of liquid material f ux has been realized on sand mixer for resolving problem that sand molds reject caused from abnormal quantity of liquid material feeding f ux.

Sand mixer; Liquid material f ux; Pressure testing; Control; PID; Transducer; PLC

TG231.2；

A；

1006-9658（2012）05-0052-2

2012－08－03

稿件編號：1208－093

邵 華（1982-），男，從事技術(shù)管理工作