砂處理沸騰床自動加水功能的防錯改造

劉承漢，孫祥祺

（賽博底盤制動（大連）有限公司，遼寧大連 116600）

砂處理沸騰床自動加水功能的防錯改造

劉承漢，孫祥祺

（賽博底盤制動（大連）有限公司，遼寧大連 116600）

振動沸騰冷卻床在砂處理的舊砂冷卻系統中是一種常用的設備。由于加砂、加水的控制不總是盡如人意，經常出現電腦上顯示已經加水，實際上并沒有真正加水；發生水管泄露情況；電腦顯示雖無加水信號，但實際加水量已經大大超過需求量。本文結合生產實例，介紹對自動加水功能的防錯改造經驗。

砂處理；沸騰冷卻床；電氣控制；技術改造

我公司鑄造廠建廠時與Hansberg水平造型機配套的砂處理設備選用的是國產設備，使用功能可以達到實際生產的要求，但在一些機械、電氣的細節上總有些不盡人意的地方，特別是振動沸騰冷卻床的使用狀況不容樂觀。

振動沸騰冷卻床示意圖見圖1。舊砂由加砂口落到沸騰板上,鼓風機產生的氣流使通過沸騰床底板上的舊砂沸騰起來，同時沸騰床加水系統在舊砂上方噴水霧，與流態化的舊砂在沸騰板上進行換熱冷卻，舊砂從進口向出口方向運動，冷卻后的舊砂從冷卻床出口卸出。舊砂冷卻處理工藝流程圖見圖2。

圖1　沸騰冷卻床示意圖

圖2　 舊砂冷卻處理工藝流程圖。

1　加水系統工作原理

為了有效地控制沸騰床的加水量，公司引進了德國博世公司的LIPPKE 加水控制系統,系統由 中央控制器、溫濕度傳感器 、加水執行和檢測機構（智能水表、4組加水角閥噴嘴、電磁閥）組成。將溫濕度信號接入CPU板上，水壓、氣壓、開始測量以及準許加水信號開關信號接入輸入板上，三組角閥輸出接到輸出板上。系統控制加水，以10 s為一個加水周期，設M為砂流量（kg/s）,X%為濕度的目標百分比值,XT%為實際測量的濕度值，X補%為因溫度不同而需要的濕度的補償值,QT為水表的流量值（L/s），Q為加水量(L),T為加水時間,則加水量計算：

Q為批量砂的總加水量，當我們把前2組加水閥開啟后，如果在10 s內沒有加完水，將在下一個加水周期內繼續加水，直到加夠水為止，加水時間T=Q/QT(s)。加水角閥每隔一秒依次開啟，我們根據實際加水效果把1#、2#閥合為一組。同理，第四組閥加水時間是由出口溫濕度值的測量根據前面的加水量計算得出。

體現在輸入輸出板的動作信號原理如下。首先輸入板的No1燈亮表示設備處于自動加水狀態；No2亮時表示測量開始；No3燈亮時，加水控制器加水開始；No7、No8燈亮是表示水壓和氣壓正常；輸出板No2亮是系統故障；No3燈亮表示工作正常；No4燈亮是1#、2#閥加水；No5燈亮是3#閥加水；No6燈亮是4#閥加水。

2　加水系統現有可能發生的幾個極端問題

目前這套系統在運行中出現如下幾個問題：

(1)系統已啟動加水，但因輸出中間繼電器觸點未接觸或現場電磁閥或角閥無法打開，造成加水量不夠，影響混砂機加水量不穩定，最后造成砂子干燥。

(2)系統沒有啟動加水，但因輸出中間繼電器觸點粘連故障而造成始終加水，造成沸騰床內型砂加水過量。

以上事故的發生說明系統控制中沒有加水動作信號與管道實際流量情況的反饋比較判斷，操作人員又無法得知現場的加水動作情況，只能在發生嚴重質量問題后才發現，此時為時已晚。為了實現故障發生時能夠預警，我們對控制系統進行了改進設計。

3　改造項目實施內容

為了改善這種狀況，我們在電氣控制的硬件和PLC軟件上進行了改進設計，增加了預警功能。

(1)改進后的電氣原理圖見圖3。

圖3　改進后的電氣原理圖

電氣改進中的控制思路。首先，濕度控制器輸出的1#、2#閥信號（輸出4#燈），3#（輸出5#燈）、4#閥（輸出6#燈）改為通過固態繼電器輸出控制相應的閥。取消采用物理觸點控制的中間繼電器，因為物理觸點使用壽命短，容易出現粘連或接觸不上問題的發生；然后再增加部分電路，將上述的輸出信號通過端子式光電耦合器，將信號反饋到AB-PLC輸入模塊中?，F場的加水管道增加安裝流量開關，也將此信號送到AB-PLC 的輸入模塊。程序的編寫。在砂處理控制系統AB-PLC（SLC-5/05）的程序中增加程序,將四個信號進行了邏輯判斷，故障時輸出聲光報警信號 。

(2)關鍵元件的選取

作為流量檢測中的流量開關，采用上海優聞冷暖設備有限公司產的微流量開關，由于給PLC提供一個微弱的開關信號，開關電流很小，所以開關壽命長。驅動加水電磁閥的中繼元件以前采用的是Binder牌中間繼電器，雖然是質量很好，但是由于加水動作相當頻繁，關斷電流較大，所以時常會出現觸點粘連或接觸不好的情況。為了改善物理觸點的不足，我們采用了無物理觸點的固態繼電器驅動。加水信號的反饋采用端子式光電耦合器進行電氣隔離，保證了加水控制系統和砂處理系統之間的電隔離。

(3)程序設計

為了有效地對加水信號的發出和實際加水情況的比較判斷，需要在砂處理PLC控制系統進行軟件編程，程序原理如圖4所示。

圖4　程序原理

4　改造結果

按照上述設計方案實施，對現有設備的控制線路進行了重新配線安裝。線路連接完畢后，首先對流量開關進行了測試。在不生產的情況下，在現場分別手動每個電磁閥，用萬用表測量流量開關的動作情況，以保證流量開關可靠準確。生產啟動以后，通過已編好的PLC程序來查看信號的采集情況，上面程序中可以看到許多延時功能，是為了準確判斷故障情況和非故障情況的界限。程序里的延時時間值都是根據實際生產工況情況摸索出來的。出現故障時程序輸出聲光報警告知操作者。目前通過6個多月的生產情況觀察，沒有異常情況發生，對舊砂冷卻系統程序和硬件的設計改進是成功的。

［1］ 蔡少剛，吳慧雅，張榮秀.沸騰冷卻床加水系統的自動控制［J］.中國鑄造裝備與技術 ,2012（3）.

［2］ 孔慶雨. 振動沸騰冷卻床在砂處理系統改造中的應用［J］.中國鑄造裝備與技術,2001（5）.

2015'廣州國際模具展覽會圓滿閉幕

第九屆廣州國際模具展覽會于2015年9月15至17日在廣州中國進出口商品交易會展館成功舉行，全面呈獻先進模具、壓鑄和3D打印技術和解決方案，為制造業帶來一站式采購平臺。

本屆展會云集來自比利時、德國、香港、印度、日本、韓國、臺灣、土耳其和美國等地的320家參展商。三天展期吸引了來自48國家和地區共21,776名買家，較去年上升14.5%；當中包括65個專業買家團，來自高露潔、愛普生、一汽大眾、歐司朗、艾默生、富士康、廣汽本田、比亞迪汽車、珠海格力電器、優尼沖壓、美的集團、溢達紡織等知名品牌。觀眾人數的上升彰顯本展會的重要性，及未來模具和3D打印行業的樂觀發展趨勢。

專業從事精密模具開發、設計與制造的易模塑公司市場總監周天白先生認同本展會有助品牌拓展海外市場。他說:這個展會對我們公司的業務很有幫助，尤其在開拓海外市場方面，我們每年都在展會遇到國內外的大客戶，今年除了國內觀眾，也遇到了來自俄羅斯、美國、巴西、伊朗等的買家，觀眾質量很好，明年一定再參展。

對于觀眾而言，2015年展會則全面呈獻了優質品牌和行業前沿產品和解決方案。來自TCL王牌電器（惠州）有限公司的工程部工程師孔令超先生表示:我們每年都來這個展會，這次我們公司來了好幾十人，有塑膠、注塑等部門，今年在展會上我找到了部分很不錯的模具供應商，包括五金模具、塑膠模具等，產品的外型很不錯，部分公司會考慮進一步聯系合作。今年展會3D打印是一個重點展示的領域，我也有特別留意，未來可以考慮有關技術的引入，很高興可以通過展會學習到別的技術的長處。

亞洲3D打印專區繼續成為今年展會亮點，受益于制造業對高精度產品、以及降低研發時間和成本的更高需求，3D打印技術獲得行業愈來愈多的青睞，也令本專區在今年展會取得顯著成效。

首度參展的3D Systems Inc在今年展會上推廣其一系列創新產品，并致力于拓展更多業務，該公司市場經理朱榮健先生評價:廣州國際模具展的內容涵蓋了模具和3D打印技術，大大增強了展會的協同效應，令我們公司的參展成效更佳。

比利時展商Materialise總經理琴恩女士有類似評語，她說:展會參展的3D打印品牌愈來愈多，足見展會推廣3D打印技術的有效性。同期的研討活動亦令展會錦上添花，不僅有助展商強化品牌效應，亦有助觀眾獲取更多的行業資訊。

除了打造獨一無二的商貿采購平臺，今年廣州國際模具展覽會亦為業界帶來了一系列高端研討活動，令參展商和觀眾可以獲得最新市場資訊。本屆展會同期舉辦超過30場研討活動，探討模具制造、壓鑄、3D打印及金屬加工等領域的熱門議題。

來屆廣州國際模具展覽會將于2016年9月20至22 日舉行。查詢更多有關展覽會詳情，請瀏覽網站：www.asiamold-china. com或電郵至asiamold@china. messefrankfurt.com。

Poka Yoke reform for the sand cooling machine automatic water adding function

LIU ChengHan, SUN XiangQi
(Chassis Brakes International (Dalian) Co., Ltd., Dalian 116600,Liaoning,China)

Vibration boiling sand cooling machine is a common equipment in sand cooling system. Due to the addition of sand and water control is not always Satisfactory. The monitor has displayed water be added, but, actually, there is no real water addition well. Also, sometimes those water pipe have leakage, PLC no water require signal, but excess amount of water had been added actually. In this article, we introduce the experience of Poka Yoke by combining with production examples.

Sand Plate; Sand Cooling Machine; Electrical Control; Technological Reform

TG231；

A；

1006-9658（2015）06-0037-03

10.3969/j.issn.1006-9658.2015.06.011

2015-07-07

稿件編號:1507-987

劉承漢（1967—），男，工程師，主要從事砂處理設計工作.