砂處理系統實時砂量監控及方法

李成永

（四川共享鑄造有限公司，四川 資陽 641300）

0 引言

隨著工業智能制造的推進與發展，傳統鑄造的轉型升級勢在必行。砂型鑄造工藝中，對砂處理系統的砂量實時監控是一大難題。對于錯綜復雜的砂處理系統，無法判斷每個砂庫砂量、整個系統砂量、系統需要補充多少砂量等，從而造成生產缺砂風險，甚至影響正常生產。本文僅對砂處理系統的砂量實時監控存在的問題進行分析，提出砂處理系統砂量實時監控的一些想法，以期起到降本增效的作用。

1 方法描述

砂處理系統包括砂庫系統、終端用砂設備、砂處理回收系統，砂庫系統設置多個砂庫，每個所述砂庫設置多個發送罐，其特征在于，包括確定每個發送罐的每次發送砂量重量及發送次數以確定每個發送罐的砂量值；確定單個砂庫的砂量值；利用砂庫料位計對砂量值進行糾正；確定每個砂庫砂量糾正及糾正后的砂量值；確定終端用砂設備的生產用砂量及砂處理回收系統的回砂量；確定砂處理系統總砂量；確定砂處理系統的砂量補充值。

根據每一個砂庫對應的密相氣力輸送裝置中的發送罐的發送次數來計算砂庫內的庫存砂量，利用砂庫多個料位計來對砂量進行糾正，根據多個砂庫庫存砂量來計算系統總砂量，保證砂量可以實時和準確監控。

砂庫的發送罐有進砂發送罐和出砂發送罐，進砂發送罐通過發送管道將砂子發往砂庫，出砂發送罐將砂庫中的砂子送出。砂庫中的上部、中部、下部分別設置料位計，料位計位置固定，當觸發某一個料位計時，砂庫的砂量值固定為對應料位計位置的砂量值。具體的控制方法如下。

1.1 確定發送罐每次發送砂量重量值

采用密相氣力輸送裝置，發送罐發送一次為一個循環，由于每發送一次的重量有一定差異，為確保砂庫計量準確，將每個發送罐發送一次的砂子重量分別計量。將發送罐加滿后從底部放出罐內所有的砂子，對放出的砂子精確稱量重量，重復N 次，得到發送砂量重量平均值，將該值確定為發送罐每次發送砂量重量值。

1.2 確定發送罐發送次數

每個發送罐發送一次為一個循環，發送次數可以利用PLC 程序進行計量，當發送罐內砂量達到上料位（上部設置的料位計），主進氣閥開啟時觸發上升沿，累加計數器加1，并將發送次數記錄于程序的DB 塊中，確定發送罐發送次數。

1.3 單個砂庫砂量值的計算

每個發送罐發送的砂量值=發送罐每次發送砂重量值×發送次數。

假設砂庫的初始值為0，因為發送罐有進砂發送罐和出砂發送罐，單個砂庫的砂量值定義為進砂發送罐發送的砂量值與出砂發送罐發送的砂量值的差值。

1.4 砂庫的砂量值糾正

因為發送罐計量會出現誤差，誤差累計會導致砂庫砂量值變為負數或者高于砂庫容量值，因此在砂庫上設置多個料位計，當料位計觸發時，將砂庫目前的砂量值強制改為料位計位置對應的砂量值。若砂庫容量小于100 t，則料位計分別設置在砂庫上部、中部、下部，三個料位計分布為上部料位計、中部料位計、下部料位計。若砂庫大于100 t，可根據實際情況增加料位計個數，砂庫容量每增加30 t，增加1 個料位計。

通過容積、砂子堆積角度、砂子堆積密度等算出料位計的值，料位計的位置砂量值分別為料位計砂量值，當觸發料位計時，每個砂庫的砂量值強制改為每個料位計對應的砂量值，即單個砂庫的砂量即為料位計砂量值，并將發送次數全部清零。

1.5 糾正后的砂庫砂量值

當砂庫砂量糾正后，所有發送次數全部清零，但砂庫砂量值的初始值變為料位計砂量值，所以當料位計觸發后，再繼續發送過程中砂庫砂量值的實時值變為：糾正后的砂庫砂量值=料位計砂量值+進砂發送罐發送的砂量值- 出砂發送罐發送的砂量值。

1.6 終端設備生產用砂量及砂處理回收系統回砂量值

終端用砂設備需要的用砂量來源于生產計劃Mes 系統，當生產計劃從系統中下達，同時在系統中計算出生產計劃所需砂量，砂處理系統則提取生產用砂量。砂處理回收系統的回砂量來源于生產用砂后進行的熱法再生處理砂，砂子在使用過程中存在一定損耗，根據一定時間段的統計分析，確定損耗系數α，則砂處理回收系統回砂量值為（1-α）×生產用砂量。

1.7 砂處理系統總砂量值計算

單個砂庫的砂量值監控的是單個砂庫砂量，針對復雜的砂處理系統會有多個砂庫，砂量通過同樣的方式進行監控，系統回砂量為：（1-α）×生產用砂量，則砂處理系統總砂量的值為多個砂庫的砂量值之和加上系統回砂量值。

1.8 系統砂量補充

根據一定時間段的用砂計劃量核算出砂處理系統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，砂處理系統周轉的砂量正常；若總砂量＜Min，則需要補充系統砂量，以保證系統砂量正常周轉。

利用各個發送罐發送砂量進行加減，得出砂庫庫存的實時砂量，做在觸摸屏內，直觀反應各個砂庫的砂量狀態；通過多個料位計，對砂庫的砂量進行糾偏，提高砂庫砂量的精確度；將每個設備前端各個砂庫的砂量匯總，直觀反應當日生產所需砂量是否足夠，避免因生產過程中缺砂而停機；按照生產計劃提前評估供、用砂量平衡，提前預警，降低生產線砂芯存儲時間，提高砂子流動效率，保證生產計劃完成；將系統所有砂量進行匯總統計，設置安全庫存砂量，砂量不足及時采購補充，避免系統砂量不足而無法正常周轉；每一砂庫的各個料位計兩兩關聯，故障及時報警，防止因料位計故障而降低砂庫砂量的準確性。

圖1 砂庫及發送罐布局示意圖

2 結束語

隨著工業自動化的發展，鑄造行業的轉型升級提上日程，通過上述方法得以實現砂量的自動實時監控，根據生產需求調整砂量，以最少的砂量在系統內循環，起到降本增效的作用。