消失模自動澆鑄過程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

王曉東，趙志誠，劉紅兵，葉澤甫

(1.太原科技大學(xué) 電子信息工程學(xué)院， 太原 030024；2.山西格盟中美清潔能源研發(fā)中心有限公司， 太原 030000)

0 引言

隨著科技不斷發(fā)展，智能制造、數(shù)字化車間等逐漸在各行各業(yè)中廣泛應(yīng)用，尤其是鑄造行業(yè)，在面對越來越激烈的市場競爭環(huán)境下，既要降低產(chǎn)品成本又要提高產(chǎn)品質(zhì)量，正運用智能控制技術(shù)和信息管理系統(tǒng)對底層設(shè)備以及企業(yè)管理方面進行升級改造。在鑄造領(lǐng)域中，消失模鑄造表現(xiàn)優(yōu)異，不僅簡化了工藝，而且生產(chǎn)出的鑄件成品率高，表面粗糙度低，尺寸精度比較高，大大減少了后期的加工。但是其澆鑄工藝流程比較復(fù)雜，從鐵水出爐到澆鑄、保壓和冷卻都是連續(xù)完成的，為了掌控澆鑄時各設(shè)備的運行狀態(tài)需要對有關(guān)變量進行連續(xù)測量、監(jiān)視和記錄。雖然目前很多企業(yè)采用了大量的自動化設(shè)備用于澆鑄系統(tǒng)，但是各個環(huán)節(jié)之間銜接不緊密，生產(chǎn)設(shè)備依舊是相互獨立，缺乏有效的信息交互，無法很好地對多個工序的多個設(shè)備參數(shù)進行監(jiān)控。為了提高生產(chǎn)效率，減少能耗，降低人員的傷亡概率，提高車間的數(shù)字化集成程度，建立一個完善的澆鑄監(jiān)控系統(tǒng)使得生產(chǎn)技術(shù)人員對鑄造設(shè)備實現(xiàn)實時監(jiān)控與遠程管理具有重要意義。

為了實現(xiàn)生產(chǎn)的智能控制，進而實現(xiàn)智能制造，眾多的研究者對鑄造和工業(yè)生產(chǎn)過程中智能監(jiān)控進行了大量的研究。文獻[1]提出了一種針對選礦工業(yè)生產(chǎn)指標的監(jiān)控組態(tài)平臺，通過因子分析、Pearson相關(guān)分析為管理人員進行決策提供了有價值的信息；文獻[2]針對燒結(jié)機臺車消失模鑄造過程中出現(xiàn)的縮孔的位置以及大小，運用View cast模擬軟件進行了預(yù)測，優(yōu)化了生產(chǎn)工藝；文獻[3]介紹了一種運用現(xiàn)場總線技術(shù)以及MCGS組態(tài)軟件平臺的石墨化過程監(jiān)控系統(tǒng)，設(shè)計變壓器調(diào)控算法，降低了能耗，優(yōu)化了生產(chǎn)工藝；文獻[4]針對自鎖閥瞬態(tài)監(jiān)測和控制難以同步進行的問題，提出了一種基于組態(tài)王自鎖閥瞬態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要針對單體設(shè)備進行可視化分析,缺乏有效的數(shù)據(jù)分析功能；文獻[5]提出了一個針對煉鋼一連鑄一熱軋一體化計劃的模型和智能算法，并通過實例仿真驗證了模型和算法的有效性；文獻[6]提出了一種采用PLC和變頻器的負壓鑄造監(jiān)控系統(tǒng)，對真空泵電機進行精準控制以獲得準確的動態(tài)負壓值，但是該系統(tǒng)只是對單體設(shè)備進行監(jiān)控，通用性不強，沒有將負壓監(jiān)控系統(tǒng)與澆鑄車間的整體監(jiān)控系統(tǒng)組網(wǎng)；文獻[7]提出了連續(xù)鑄造過程的監(jiān)控系統(tǒng)，利用PLC和人機交互界面(HMI)對鑄造過程中的溫度、液位以及距離等主要參數(shù)進行了監(jiān)控，并在生產(chǎn)中得到了驗證。

然而目前針對消失模鑄造監(jiān)控系統(tǒng)的研究比較少，難以滿足實際生產(chǎn)和研究的需要。因此，本文將MCGS組態(tài)軟件以及PLC技術(shù)運用到澆鑄生產(chǎn)監(jiān)控上，設(shè)計研發(fā)了澆鑄監(jiān)控平臺，為自動澆鑄過程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)提供一種借鑒。

1 澆鑄工藝流程

在消失模鑄造整個生產(chǎn)過程中，負壓澆鑄包含了多個工序，不同工序之間存在著一定邏輯關(guān)系，澆鑄工藝流程如圖1所示。

圖1 澆鑄工藝流程示意圖

首先移送造型結(jié)束的砂箱至澆鑄線，當下一包鐵水吊至澆鑄機后，掃描鐵水包的包批次號上傳至制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)獲取可以澆鑄的砂箱以及產(chǎn)品信息，在澆鑄之前監(jiān)控鐵水溫度，隨后檢測澆鑄工位并將澆鑄機移送到目標工位，打開負壓系統(tǒng)抽負壓使?jié)茶T線的負壓達到預(yù)設(shè)值。然后，澆鑄待澆鑄砂箱，同時監(jiān)測鐵水重量變化。澆鑄結(jié)束后，按照產(chǎn)品配方的保壓時間開啟保壓系統(tǒng)等待鐵水塑形，最后在取件工位進行泄砂吊活。

圖2所示是生產(chǎn)線平面示意圖，整個生產(chǎn)線包含了兩條造型線、三條澆鑄線以及一條返回線。兩條造型線可同時工作，造型結(jié)束之后將砂箱移動至澆鑄線，進行澆鑄；澆鑄完成等待保壓時間結(jié)束后讓其自然冷卻。為了保證生產(chǎn)節(jié)拍以及產(chǎn)量的要求，三條澆鑄線是動態(tài)交替澆鑄的：一條線進行澆鑄，一條保壓、冷卻，第三條線將冷卻后的砂箱移動至返回線進行落砂取件，同時移送造型完成的砂箱至此，循環(huán)往復(fù)。

圖2 生產(chǎn)線平面示意圖

2 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計

澆鑄監(jiān)控系統(tǒng)主要包括上位機監(jiān)控系統(tǒng)、PLC控制層、數(shù)據(jù)采集模塊以及數(shù)據(jù)傳輸模塊。上位機監(jiān)控系統(tǒng)主要是以MCGS組態(tài)軟件以及西門子PLC S7-1500為核心，對采集上來的工藝參數(shù)進行展示和監(jiān)控現(xiàn)場設(shè)備的運行狀態(tài)，同時可以手動設(shè)置相應(yīng)運行參數(shù)并將處理后的數(shù)據(jù)通過RS485總線傳送至下位機PLC控制器。PLC控制層是由多個子系統(tǒng)構(gòu)成的，每個子系統(tǒng)都設(shè)有獨立的PLC控制器，根據(jù)系統(tǒng)需要部分PLC控制器之間通過無線AP Client的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進行數(shù)據(jù)交互，協(xié)同控制末端執(zhí)行器動作[8]。數(shù)據(jù)采集模塊主要是對澆鑄時的鐵水重量、溫度、砂箱內(nèi)的負壓值以及澆鑄工位等的監(jiān)測，一部分數(shù)據(jù)是直接采集現(xiàn)場儀表信號，另一部分是通過相應(yīng)傳感器獲得的。這些數(shù)據(jù)會實時顯示在HMI并同時保存至數(shù)據(jù)庫中進而對數(shù)據(jù)進行集中管理，實現(xiàn)了底層控制器與上層信息管理系統(tǒng)之間的信息交互。澆鑄監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 澆鑄監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

安全、穩(wěn)定、快速的數(shù)據(jù)傳輸體系是實現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)高效運行的關(guān)鍵，整個數(shù)據(jù)傳輸體系可以分為上層信息管理網(wǎng)絡(luò)以及子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。上層信息管理網(wǎng)絡(luò)采用冗余千兆以太網(wǎng)，采用48口的工業(yè)級交換機，并且和子系統(tǒng)之間采用光纖進行鏈路聚合，保證數(shù)據(jù)能夠及時地在底層設(shè)備和上層管理系統(tǒng)之間傳遞[9]。各子系統(tǒng)間主體網(wǎng)絡(luò)采用星型網(wǎng)絡(luò)，由于部分設(shè)備設(shè)置在移動物上，所以局部會采用AP Client進行組網(wǎng)。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計

本文構(gòu)建的澆鑄過程監(jiān)控系統(tǒng)以西門子S7-1500為主控單元，并與觸摸屏TPC1570GI構(gòu)成了上位機系統(tǒng)，下位機系統(tǒng)包括了采用分散控制的各子系統(tǒng)。為了實現(xiàn)強、弱電之間的電氣隔離，為整個系統(tǒng)提供隔離電源，選用了容量是2 000 VA的三相干式隔離變壓器(380 V變220 V)，此外動力驅(qū)動設(shè)備還包括了斷路器C65N-2P/10 A、中間繼電器MY2NAC24V和24 V電源模塊LRS-150-24以及其他測量設(shè)備，提高了控制功率和控制信號[10]。

系統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)傳輸采用MOXA的AWK3131A-EU AP/Client組網(wǎng)，噪音已由-86 dBm降低至-94 dBm，頻率設(shè)置為5GHz，通道設(shè)置為36，信道帶寬為20 MHz。

3.1 子系統(tǒng)核心模塊設(shè)計

子系統(tǒng)PLC控制層均采用西門子S7-200 SMART PLC作為控制模塊的核心，用于采集現(xiàn)場設(shè)備的信息并將數(shù)據(jù)傳至上位機系統(tǒng)，并根據(jù)來自上位機系統(tǒng)的控制指令對設(shè)備進行調(diào)控。

此模塊的硬件組成如圖4所示，S7-200 SMART PLC主要包含了中央處理器(CPU)，通信模塊(CM)，功能模塊(FM)，信號模塊(SM)，電源模塊(PS)等。系統(tǒng)選用CPUSR20作為CPU，模擬量輸入模塊EM AE08(8AI)以及擴展通信模塊SB CM01(RS485/RS232)，將SB CM01的接口方式設(shè)置為RS485與觸摸屏通訊。

圖4 子系統(tǒng)核心模塊硬件組成

各子系統(tǒng)的PLC能夠直連各傳感器、監(jiān)控器、顯示器和儀表等，采用多級分布式控制思想以模塊化的方式構(gòu)建一個擴展性和靈活性較高的系統(tǒng)，單獨一個子系統(tǒng)出現(xiàn)問題不會影響整個系統(tǒng)的運行。

3.2 數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計

澆鑄監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集模塊主要包括鐵水重量采集、鐵水溫度采集、澆鑄工位監(jiān)測以及包批次號采集。

3.2.1 鐵水重量采集

系統(tǒng)采用稱重上限為2 T的電子地磅秤，精度2 kg。利用西門子PLC采集稱重顯示器的實時重量值，由于稱重儀表具有RS232串行通訊接口所以通訊線選用了PC/PPI+電纜,波特率為9 600，8個數(shù)據(jù)位，1個起始位，一個停止位，無校驗。根據(jù)檢測到的實時重量PLC會計算出每個鑄件已用鐵水量，對比產(chǎn)品標準重量控制澆鑄機是否繼續(xù)傾倒鐵水。每包鐵水可澆鑄多個鑄件，在澆鑄過程中鑄件的品質(zhì)很大一部分取決于鐵水的溫度，因此要盡可能減少單件澆鑄時間，依據(jù)檢測到的鐵水重量設(shè)定提前量，提前停止傾倒鐵水，不僅提高了澆鑄速率也避免了鐵水浪費。

3.2.2 鐵水溫度采集

系統(tǒng)采用KZ-300BW數(shù)字式無線測溫系統(tǒng)檢測鐵水的溫度，包括無線測溫槍KZ-300BWQ和無線鋼水測溫儀KZ-300BWB，利用無線傳輸技術(shù)代替了傳統(tǒng)昂貴的補償導(dǎo)線，具有抗震、精度高和使用方便等特點。測溫儀有4～20 mA的輸出端口，通過S7 200 SMART PLC模擬量輸入模塊EM AE08(8AI)可以將此電流信號轉(zhuǎn)換為溫度值。檢測到的溫度值會與保存的設(shè)定值進行對比，低于設(shè)定值則立即報警，同時將檢測結(jié)果通過工業(yè)以太網(wǎng)傳遞至OPC服務(wù)器，可以遠程監(jiān)控鐵水溫度。

3.2.3 澆鑄工位檢測

澆鑄工位檢測是澆鑄的必要環(huán)節(jié)。目前常用定位方式的載體有：激光雷達、紅外傳感器、射頻技術(shù)(RFID)、超聲波傳感器、ZigBee、藍牙、WiFi、編碼器和陀螺儀以及加速度計混合定位等，其中基于超聲波傳感器、激光雷達、紅外傳感器、ZigBee、藍牙、WiFi等定位方式都需要被檢測物體反饋特定信號才能夠確定位置坐標，但是在惡劣的工況環(huán)境以上方式很難進行有效的定位。因此本系統(tǒng)選用了RFID技術(shù)作為澆鑄工位定位方式。

在澆鑄工位區(qū)域內(nèi)建立平面坐標系，以150 mm為一個單位放置RFID標簽對橫軸和縱軸進行劃分，讀寫器選用超高頻一體式讀寫器，考慮到高溫環(huán)境RFID標簽選用了超高頻抗高溫標簽以及相應(yīng)的RS485通訊線纜，用接近開關(guān)來觸發(fā)RFID讀寫器動作，通過讀取澆鑄工位兩側(cè)的X/Y坐標信號就可以確定澆鑄工位，同時將采集到的坐標信號進行換算后通過HMI顯示。圖5為澆鑄工位一側(cè)RFID標簽實況圖。

圖5 澆鑄工位RFID標簽安裝圖

3.2.4 包批次號采集

包批次號決定了此包鐵水可以澆鑄的砂箱，避免了澆錯、漏澆等情況的發(fā)生。采用霍尼韋爾無線二維工業(yè)掃碼槍1 902 GSR，掃描得到的包批次號會顯示到澆鑄機觸摸屏上，確認無誤后將此包批次號傳送給MES。MES接收到包批次號后將匹配的砂箱號下發(fā)至上位機監(jiān)控系統(tǒng)，為了能夠更直觀的進行展示會對相應(yīng)位置的砂箱進行標記。該掃碼槍具有很強的條碼掃描和數(shù)字圖像采集功能，能夠精確讀取手機、電腦、電子屏幕上的任何二維碼，適用于復(fù)雜惡劣的工況環(huán)境，對一維、二維、塑料包裝袋上的細小條碼、疊碼、破損條碼都能識別。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計

澆鑄監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計包括以PLC為主的軟件設(shè)計和MCGS組態(tài)軟件設(shè)計兩部分。下位機系統(tǒng)軟件采用編程軟件STEP 7-MicroWIN SMART進行編寫，上位機監(jiān)控軟件采用組態(tài)軟件McgsPro進行組態(tài)設(shè)計，管理人員可通過兩者構(gòu)建好的監(jiān)控系統(tǒng)獲取澆鑄車間實時的澆鑄信息并根據(jù)系統(tǒng)分析后的結(jié)果做出決策。

4.1 PLC程序設(shè)計

澆鑄監(jiān)控系統(tǒng)采用西門子S7-1500 PLC作為主控單元，采用分布式結(jié)構(gòu)，各子系統(tǒng)都設(shè)有相對獨立的S7-200 SMART PLC，信息采集模塊采集的設(shè)備狀態(tài)以及相關(guān)信息經(jīng)由各子系統(tǒng)中的PLC分析處理后，對信息進行分類，選擇信息的走向，最終匯總至與上位機監(jiān)控系統(tǒng)直連的主控PLC中進行解析。澆鑄機監(jiān)控系統(tǒng)PLC程序流程如圖6所示。

圖6 澆鑄機監(jiān)控系統(tǒng)PLC程序流程圖

在程序設(shè)計過程中，采用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法以模塊化為核心，為了能夠適應(yīng)生產(chǎn)過程的動態(tài)變化，使得系統(tǒng)在運行過程中更具有靈活性，在設(shè)計PLC程序時采用了多種控制策略和防呆防錯措施。

當獲取澆鑄機的實時位置和運行方向后，通過坐標換算，得到澆鑄機在觸摸屏上的相對位置；當準備澆鑄時開啟待澆鑄線的真空泵并啟動澆鑄線將氣缸升起與砂箱進行對接，同一時間只能啟動一條澆鑄線，防止另外兩條澆鑄線砂箱在移動過程中由于砂箱底部升起的氣缸突然升起導(dǎo)致氣缸與砂箱發(fā)生碰撞；在砂箱移動過程中利用RFID技術(shù)對生產(chǎn)線內(nèi)所有的砂箱進行排序，如果排序出錯則立即報警并手動更新砂箱序號；當下一鐵水包準備就緒后，通過掃描對應(yīng)的包批次號將其傳至MES，可以獲得此包鐵水對應(yīng)的可以澆鑄的砂箱；在可澆鑄砂箱內(nèi)選擇準備澆鑄的砂箱開啟負壓閥；等待真空度達到設(shè)定值后開始澆鑄，并從MES獲取鑄件的相關(guān)參數(shù)；澆鑄結(jié)束后開始保壓，每一澆鑄階段都對應(yīng)不同的砂箱狀態(tài)；等待此澆鑄線全部澆鑄后關(guān)閉此澆鑄線，準備澆鑄下一澆鑄線。

1)重量采集程序設(shè)計: 重量儀表串行通訊接口為15芯RS232形式，PLC與儀表通訊之初需要先將15芯串行線改接成9芯RS232形式，使用自由端口模式控制串行通信端口，即將PPI通信更改為自由端口模式。每組數(shù)據(jù)由10位組成，第1位為起始位，第10位為停止位，中間8位為數(shù)據(jù)位，通過配置SMB30來選擇合適的波特率和奇偶校驗，隨后設(shè)置相應(yīng)的接收指令，例如：消息開始、結(jié)束條件、超時檢測和最大接收字節(jié)數(shù)等。數(shù)據(jù)接收完成后進入接受完成中斷RCV_Complate(INT0)清除狀態(tài)位并計算重量。如果出現(xiàn)組幀錯誤、奇偶校驗錯誤、超限錯誤或斷開錯誤，則接收消息功能將自動終止。

2)RFID程序設(shè)計:在澆鑄工位定位時采用RFID技術(shù)，RFID讀寫器型號為SG-UR-I81，標簽型號為SG-UT-405MT，通訊接口為RS485，通信協(xié)議為Modbus RTU[11]。PLC為主站，RFID為從站進行程序設(shè)計。通過MBUS_CTRL指令來初始化、監(jiān)視或禁用Modbus通信，設(shè)置相應(yīng)的模式(PPI/Modbus)、奇偶校驗、端口和超時時間等，通過MBUS_MSG執(zhí)行對從站RFID的請求并處理響應(yīng)。在MBUS_MSG中需要配置和從站通信的RFID地址，讀寫功能說明，Modbus起始地址，要操作的數(shù)據(jù)元素數(shù)以及輸出Error。程序已發(fā)送請求并接收響應(yīng)后，Done出為FALSE。響應(yīng)完成或MBUS_MSG指令因錯誤中止時，Done輸出為TRUE，此時Error輸出為1，根據(jù)Error類型進行異常處理，處理結(jié)束后需要清除當前的狀態(tài)位，重新發(fā)送請求。

為避免系統(tǒng)意外斷電后數(shù)據(jù)丟失，將一些關(guān)鍵數(shù)據(jù)設(shè)置成斷電保持性變量并進行存儲。在手動更新砂箱排序時，各排序子系統(tǒng)以及上位機觸摸屏都可以對同一砂箱號進行寫操作，但是同一時間只允許一方對其進行寫操作，因此通過優(yōu)先級排序控制的方式處理各方請求。

4.2 組態(tài)軟件設(shè)計

系統(tǒng)采用的組態(tài)軟件是McgsPro，配套內(nèi)核是Unix的G系列觸摸屏，具有功能完善、操作簡便、可視性好、可維護性強的突出特點，開發(fā)周期短，能夠很好地滿足澆鑄監(jiān)控系統(tǒng)的要求。根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的要求，該設(shè)計包括了設(shè)備驅(qū)動、人機界面、腳本、I/O組態(tài)、數(shù)據(jù)庫組態(tài)、運行策略以及各種數(shù)據(jù)管理等[12]。系統(tǒng)設(shè)計的圖形與現(xiàn)場設(shè)備和傳感器進行了關(guān)聯(lián)，生產(chǎn)線啟動之后，人機界面通過數(shù)字顯示、動畫構(gòu)件以及圖形色彩的形式來反映實際生產(chǎn)線的運行情況，操作人員可以通過HMI對整條生產(chǎn)線進行整體監(jiān)控。

本文所設(shè)計的人機界面包括了澆鑄機狀態(tài)監(jiān)控界面、稱重界面、排序界面以及報警界面。澆鑄機狀態(tài)監(jiān)控界面如圖7所示，包含了稱重數(shù)據(jù)、產(chǎn)品參數(shù)、澆鑄機動態(tài)軌跡和砂箱澆鑄狀態(tài)等，此外在此界面可進行包批次號的采集以及對負壓系統(tǒng)的控制。界面中的動畫構(gòu)件代表了具有實際意義的生產(chǎn)工序，可以通過自定義屬性、綁定事件、自定義其形狀和樣式以及相應(yīng)的約束條件來滿足實際生產(chǎn)過程中各圖元間存在的邏輯關(guān)系。以閃爍不同顏色邊框或圖標來表示生產(chǎn)過程中設(shè)備的運行狀態(tài)，如砂箱的4種顏色代表澆鑄過程中各階段的澆鑄狀態(tài)。通過一定的組合與嵌套形成更高一級的工序單元，進而復(fù)現(xiàn)整個生產(chǎn)工藝流程。

圖7 澆鑄機狀態(tài)監(jiān)控界面

其他界面圖標都以標簽的形式在狀態(tài)監(jiān)控界面上顯示，用戶可以根據(jù)需要單擊相應(yīng)標簽，使當前界面跳轉(zhuǎn)至其他功能界面中。例如單擊【排序窗口】，對應(yīng)的子界面如圖8所示。

圖8 砂箱排序界面

在排序窗口中可以實時查看生產(chǎn)線所有的砂箱澆鑄狀態(tài)以及排序情況，并與報警記錄相互配合，為客戶提供手動處理異常情況的方案。當有被定義的事件、約束或報警閾值被觸發(fā)后，系統(tǒng)會在報警HMI窗口中給出相應(yīng)的提示信息，以幫助操作人員對生產(chǎn)實現(xiàn)精確監(jiān)控，每一條報警記錄都包括了報警時間、對象、報警值以及具體報警描述。

5 實驗結(jié)果與分析

系統(tǒng)運行過程的監(jiān)控界面如圖9所示。圖中，可對負壓系統(tǒng)進行啟停控制，控制負壓系統(tǒng)真空泵和負壓閥開合、監(jiān)測負壓系統(tǒng)是否正常，澆鑄線啟動之后可實現(xiàn)實時監(jiān)控砂箱的澆鑄狀態(tài)、鑄件的相關(guān)參數(shù)、澆鑄機的動態(tài)位置以及運行軌跡，采集并顯示鐵水包實時重量和相關(guān)參數(shù)，實現(xiàn)了澆鑄全過程狀態(tài)監(jiān)測。此外，監(jiān)控系統(tǒng)可監(jiān)測影響鑄件品質(zhì)的關(guān)鍵變量，當出現(xiàn)超限報警或存在異常的開關(guān)變量時會提示操作人員對相關(guān)子系統(tǒng)進行異常情況處理，以保證鑄件品質(zhì)。

圖9 監(jiān)控主界面運行效果

5.1 澆鑄過程監(jiān)測

利用澆鑄監(jiān)控平臺對澆鑄溫度、重量、負壓、速率等生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行檢測。首先記錄澆鑄機從電爐出湯口行駛至澆鑄工位的時間，計算耗時，然后測量鐵水的溫度，確保其滿足最低溫度要求，根據(jù)鐵水包的包批次號，從MES中獲取澆鑄完成后的保壓時間；當開始澆鑄時記錄每一個砂箱的澆鑄用時，以及移動澆鑄機的耗時，計算每包鐵水的澆鑄速率。

以變速箱體為例，其物料圖號是186856-15C，實際生產(chǎn)工藝參數(shù)為：負壓-43.3 kPa，澆鑄起始溫度范圍在1 450～1 500 ℃間，平均澆鑄一個100 kg的機殼耗時控制在35 s以內(nèi)，保壓時間為6 min。與傳統(tǒng)的搖包澆鑄相比，本系統(tǒng)的運用節(jié)省了大量的勞動力，降低了安全隱患，提高了生產(chǎn)效率。此外，本系統(tǒng)所有的生產(chǎn)數(shù)據(jù)都會同步至MES中，進而向產(chǎn)品全生命周期管理邁近了一步。

5.2 澆鑄工位定位系統(tǒng)測試

首先利用RFID上位機對RFID讀寫器以及標簽進行最優(yōu)參數(shù)的匹配，其次通過監(jiān)控平臺中的報警窗口對實際澆鑄過程中澆鑄工位定位系統(tǒng)進行測試。

經(jīng)過實際生產(chǎn)驗證，澆鑄工位定位中RFID最優(yōu)參數(shù)為：FCC認證下頻段為902～920 MHz,功率為18 dBm，讀寫距離為150～200 mm，在讀寫次數(shù)達4 000～8 000情況下，準確率為100%。

在各條生產(chǎn)線的入口處均設(shè)置有RFID讀寫器，如果澆鑄機已移動至下一位位置但是砂箱號沒有更新，則讀寫器砂箱號讀取異常報警，可在報警窗口可查看具體故障原因以及相應(yīng)解決方法。以上述RFID參數(shù)為前提進行為期7天的測試，測試發(fā)現(xiàn)各處的RFID讀寫器均能準確識別砂箱編號，即能夠準確定位至澆鑄工位。對測試結(jié)果分析可知，RFID定位系統(tǒng)能夠?qū)嶋H生產(chǎn)的需求，同時系統(tǒng)的可靠性非常高。

5.3 網(wǎng)絡(luò)通信測試

采用計算機自帶的網(wǎng)絡(luò)診斷工具(Packet nternet Groper)檢測中控室主機與位于澆鑄機上監(jiān)控平臺的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，此時澆鑄機距離無線AP最遠，無線AP與中控室主機相連。實測結(jié)果如下，數(shù)據(jù)包：已發(fā)送6 226，已接收6 226，0%丟失；往返行程的估計時間(以毫秒為單位)：最短1 ms，最長233 ms，平均3 ms。從測試結(jié)果中可得知現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)良好，網(wǎng)絡(luò)延時低，能夠滿足澆鑄生產(chǎn)需求。

本文設(shè)計的澆鑄監(jiān)控系統(tǒng)，不僅完成了人機交互界面對現(xiàn)場運行狀態(tài)的監(jiān)控和畫面同步顯示，而且實現(xiàn)了控制策略能有效指導(dǎo)各子系統(tǒng)協(xié)調(diào)運行，優(yōu)化了生產(chǎn)工藝。

6 結(jié)束語

本文設(shè)計并實現(xiàn)了一種澆鑄監(jiān)控系統(tǒng)，通過人機交互界面可以實現(xiàn)對負壓系統(tǒng)真空泵和負壓閥的控制、監(jiān)測負壓系統(tǒng)是否正常，顯示澆鑄機的動態(tài)位置以及運行軌跡，采集并顯示鐵水包實時重量和相關(guān)參數(shù)等。通過無線AP Client的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)構(gòu)建了底層控制器之間數(shù)據(jù)傳輸通道,結(jié)合工業(yè)以太網(wǎng)保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院头€(wěn)定性，降低了網(wǎng)絡(luò)延時；此外可查詢實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)，達到了生產(chǎn)線集中監(jiān)視、控制和管理的目的，降低了成本以及安全隱患，滿足了企業(yè)多樣化、個性化的生產(chǎn)柔性需求，提高了生產(chǎn)效率，完善了生產(chǎn)工藝，提高了車間的自動化水平。