樹(shù)脂舊砂再生線自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

吳卓坪，周瑜忻，楊 勇，汪華平，王燭光

（中機(jī)中聯(lián)工程有限公司，重慶 400039）

樹(shù)脂舊砂再生線自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

吳卓坪，周瑜忻，楊 勇，汪華平，王燭光

（中機(jī)中聯(lián)工程有限公司，重慶 400039）

介紹了樹(shù)脂舊砂再生線自控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，整個(gè)系統(tǒng)由工控機(jī)、可編程序控制器(PLC)和現(xiàn)場(chǎng)分布式I/O子站構(gòu)成三級(jí)分布式集散控制系統(tǒng)。采用西門(mén)子工控組態(tài)軟件(WINCC)開(kāi)發(fā)人機(jī)接口可視化界面。系統(tǒng)具有界面友好、易于操作、運(yùn)行可靠、便于升級(jí)擴(kuò)充等特點(diǎn)。為使系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行，通訊采用光纖環(huán)網(wǎng)冗余設(shè)計(jì)，工控主機(jī)采用了雙機(jī)熱備方式，配置不間斷供電電源UPS。系統(tǒng)在某鑄造廠具體實(shí)施，結(jié)果表明設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理，安全可靠，聯(lián)動(dòng)控制時(shí)序等技術(shù)性能均滿足生產(chǎn)的實(shí)際需要。

PLC；WINCC；光纖環(huán)網(wǎng)；樹(shù)脂舊砂；自動(dòng)控制

樹(shù)脂舊砂再生線過(guò)程自控系統(tǒng)主要由樹(shù)脂舊砂前處理控制系統(tǒng)、樹(shù)脂舊砂再生控制系統(tǒng)、樹(shù)脂砂氣力輸送控制系統(tǒng)、除塵控制系統(tǒng)等功能系統(tǒng)構(gòu)成。以前常規(guī)的鑄造廠砂處理線，各個(gè)功能的設(shè)備控制是相互獨(dú)立的，主要由工人來(lái)控制各設(shè)備的啟停，浪費(fèi)人力且容易犯錯(cuò)。本文設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)將各個(gè)環(huán)節(jié)的聯(lián)動(dòng)條件串為一個(gè)整體，節(jié)約了人力且不容易出錯(cuò)，系統(tǒng)更為安全可靠。

1　樹(shù)脂舊砂再生線主要工藝介紹

舊砂再生是將舊砂進(jìn)行物理的、化學(xué)的或加熱處理去除砂粒上積聚的粘結(jié)劑等殘留物和惰性薄膜，以及有害微粒、粉塵，使舊砂的各種工藝性能得到恢復(fù)的一種鑄造工藝，其最終目的就是力求減少鑄造生產(chǎn)中的新砂用量，節(jié)約經(jīng)濟(jì)投入、提高鑄件質(zhì)量、保護(hù)自然環(huán)境［1］。本文樹(shù)脂舊砂再生工藝采用的是熱法再生工藝，主要工藝包括樹(shù)脂舊砂的前處理、樹(shù)脂舊砂熱法再生系統(tǒng)。另外，其他的氣力輸送系統(tǒng)和除塵系統(tǒng)主要是完成工藝的輔助設(shè)備，使舊砂再生線更流暢和干凈。其主要工藝流程圖如圖1所示。

圖1　樹(shù)脂砂熱法再生線工藝流程圖

2　硬件設(shè)計(jì)

為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，安全性和可靠性，整個(gè)系統(tǒng)由工控機(jī)、可編程序控制器（PLC）和現(xiàn)場(chǎng)分布式I/O子站構(gòu)成三級(jí)分布式集散控制系統(tǒng)。通訊采用光纖環(huán)網(wǎng)冗余設(shè)計(jì)，工控主機(jī)采用了雙機(jī)熱備方式，配置不間斷供電電源UPS。可編程控制器采用西門(mén)子S7-300系列。其硬件控制系統(tǒng)配置圖如圖2所示。

圖2　樹(shù)脂砂熱法再生線控制系統(tǒng)圖

2.1上位機(jī)系統(tǒng)硬件選型

上位機(jī)系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)采集各個(gè)功能部分設(shè)備的運(yùn)行情況，工藝設(shè)備的實(shí)際參數(shù)，比如壓力、溫度、流量、砂處理量等，并負(fù)責(zé)保存和打印。為了安全可靠，工控主機(jī)采用了雙機(jī)熱備方式［2］，選用臺(tái)灣研華?IPC610系列。配備不間斷供電電源UPS，選用山特C3K保證半小時(shí)內(nèi)上位機(jī)上的數(shù)據(jù)能備份。

2.2中控PLC站硬件選型

中控PLC站選用西門(mén)子S7-300系列的PLC，選用CPU315-2PN/DP，模塊是集成PROFINET通訊功能的S7-300系列CPU模塊，無(wú)需額外添加CP343-1?Advanced通訊功能模塊。CPU?315-2?PN/ DP?具有中等規(guī)模程序量。除了分布式I/O結(jié)構(gòu)，它還可用于分布式自動(dòng)化結(jié)構(gòu)?？稍赟IMATIC?S7-300中用作PROFINET?IO控制器以及標(biāo)準(zhǔn)PROFIBUS?DP主站。現(xiàn)場(chǎng)選用分布式I/O站，分布式I/O模塊選用圖爾克的分布式I/O模塊，其中硬件組態(tài)如圖3所示。

圖3　硬件組態(tài)圖

2.3通訊硬件選型

傳統(tǒng)的光纖網(wǎng)絡(luò)采用的是主干的方式，中間的任何一條連接線斷掉，都至少會(huì)影響連接中的一個(gè)區(qū)域。這就給網(wǎng)絡(luò)的安全性帶來(lái)隱患。因此本系統(tǒng)選用光纖環(huán)網(wǎng)鏈路冗余模式［3］，防止一處連接發(fā)生故障而影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。選用的工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)為MOXA的EDS-408A-MM-SC是專(zhuān)為工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合所設(shè)計(jì)的8?口網(wǎng)管型以太網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)。具有6口10/100?BaseT（X），2口多模100?BaseFX/SC接口。EDS-408A系列支持多種網(wǎng)絡(luò)管理功能，包括Turbo?Ring，Turbo?Chain，ring?coupling，IGMPsnooping，IEEE?802.1Q?VLAN，port-based?VLAN，QOS，RMON，帶寬管理，端口鏡像功能，及通過(guò)?e-mail或繼電器輸出的事件觸發(fā)報(bào)警。EDS-408A的?Turbo?Ring功能可以通過(guò)基于網(wǎng)頁(yè)的管理界面或者用位于?EDS-408A交換機(jī)頂部面板的撥碼開(kāi)關(guān)輕松配置。

3　軟件設(shè)計(jì)

3.1上位監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用西門(mén)子工控組態(tài)軟件（WINCC）開(kāi)發(fā)人機(jī)接口可視化界面，WINCC是西門(mén)子公司在自動(dòng)化領(lǐng)域采用最先進(jìn)的技術(shù)與微軟公司共同開(kāi)發(fā)的居于世界領(lǐng)先地位的工控軟件。WINCC即WINDOWS?CONTROL?CENTER（視窗控制中心）。WINCC是一個(gè)功能強(qiáng)大的全面開(kāi)放的監(jiān)控系統(tǒng)，既可以用來(lái)完成小規(guī)模的簡(jiǎn)單的過(guò)程監(jiān)控應(yīng)用，也可以用來(lái)完成復(fù)雜的應(yīng)用。在任何情況下WINCC都可以生成漂亮而便捷的人機(jī)對(duì)話接口，使操作員能夠清晰地管理和優(yōu)化生產(chǎn)過(guò)程。系統(tǒng)具有界面友好、易于操作、運(yùn)行可靠、便于升級(jí)擴(kuò)充等特點(diǎn)［4］。系統(tǒng)界面主要有登陸界面、起始界面、前處理控制系統(tǒng)界面、氣力輸送系統(tǒng)界面、水系統(tǒng)控制界面、除塵系統(tǒng)控制界面、1#再生爐控制界面、2#再生爐控制界面。各個(gè)界面反應(yīng)各個(gè)系統(tǒng)中設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制柜上的啟動(dòng)方式選擇旋鈕“遠(yuǎn)程”“就地”，可以在遠(yuǎn)程界面上啟動(dòng)停止設(shè)備。在再生爐監(jiān)控畫(huà)面中，可以輸出天然氣流量，助燃空氣流量，爐內(nèi)溫度，爐內(nèi)壓力，砂庫(kù)料位等重要參數(shù)報(bào)表。樹(shù)脂砂再生生產(chǎn)流程圖如圖4所示。

3.2中控PLC軟件設(shè)計(jì)

整個(gè)樹(shù)脂舊砂再生線主要由樹(shù)脂舊砂前處理系統(tǒng)、樹(shù)脂舊砂再生系統(tǒng)、樹(shù)脂砂氣力輸送系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)等功能系統(tǒng)構(gòu)成。各個(gè)子系統(tǒng)相互影響，各自又有相應(yīng)設(shè)備啟動(dòng)條件，但都是必須保證配套的除塵風(fēng)機(jī)先啟動(dòng)，最后停止除塵風(fēng)機(jī)。

圖4　樹(shù)脂砂再生生產(chǎn)流程圖

前處理系統(tǒng)各設(shè)備啟動(dòng)順序按照物流方向，先啟動(dòng)物流后面的終端設(shè)備，再順次向后啟動(dòng)相臨工位的設(shè)備。停止設(shè)備則是按照相反的方向依次停止，最后停除塵設(shè)備，其控制流程圖如圖5所示。

圖5　樹(shù)脂砂前處理控制流程圖

樹(shù)脂舊砂再生系統(tǒng)主要由樹(shù)脂砂再生爐、舊砂給料設(shè)備、沸騰冷卻床、水冷系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)構(gòu)成。其中樹(shù)脂砂再生爐是該系統(tǒng)的核心設(shè)備，其中尤其需要精確控制的兩個(gè)參數(shù)是爐內(nèi)溫度和壓力，通過(guò)設(shè)定需要的溫度，熱電偶檢測(cè)煅燒室內(nèi)的溫度經(jīng)過(guò)西門(mén)子內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)連續(xù)PID運(yùn)算模塊FB41計(jì)算出助然空氣電動(dòng)閥門(mén)的開(kāi)度。為了安全燃燒，天然氣的流量的給定值則是按照與助然空氣流量1∶11的比例計(jì)算所得，天然氣的流量的實(shí)際值是再次通過(guò)PID控制器運(yùn)算給出天然氣電動(dòng)閥門(mén)的開(kāi)度來(lái)控制。最終助燃空氣和天然氣按照11∶1的質(zhì)量比例在燃燒室內(nèi)燃燒，通過(guò)熱傳遞，控制再生爐內(nèi)煅燒室的溫度，爐內(nèi)溫度控制流程圖如圖6所示。

圖6　樹(shù)脂砂再生爐溫度控制流程圖

爐內(nèi)壓力主要通過(guò)西門(mén)子PID模塊運(yùn)算，給出樹(shù)脂砂再生爐煙道外面的壓力調(diào)節(jié)閥開(kāi)度來(lái)調(diào)節(jié)爐內(nèi)壓力，控制流程圖如圖7所示。

4　結(jié)論

圖7　樹(shù)脂砂再生爐壓力控制流程圖

該樹(shù)脂舊砂再生線的過(guò)程自控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，采用了光纖環(huán)網(wǎng)冗余設(shè)計(jì)，將各個(gè)相對(duì)獨(dú)立的砂處理設(shè)備緊密聯(lián)系起來(lái)，集中管理，提高了砂再生線的自動(dòng)化程度。整個(gè)系統(tǒng)由工控機(jī)、可編程序控制器（PLC）和現(xiàn)場(chǎng)分布式I/O子站構(gòu)成三級(jí)分布式集散控制系統(tǒng)。采用西門(mén)子工控組態(tài)軟件（WINCC）開(kāi)發(fā)人機(jī)接口可視化界面。系統(tǒng)具有界面友好，易于操作，運(yùn)行可靠，便于升級(jí)擴(kuò)充等特點(diǎn)。現(xiàn)在已穩(wěn)定運(yùn)行在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)。

[1] 郭思福.鑄造舊砂再生利用及污染治理[M]. 廣州：中山大學(xué)出版社，2001，12:3-4.

[2] 李文. 儀表系統(tǒng)供電方案的研究[J]．石油化工自動(dòng)化，2012，48(4)： 273-275．

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亞世科化學(xué)推出新開(kāi)發(fā)的混合添加劑

亞世科化學(xué)開(kāi)發(fā)了一種新的混合添加劑用于冷芯盒與PEP SET?應(yīng)用,并迅速實(shí)現(xiàn)了向批量生產(chǎn)的轉(zhuǎn)變。作為一種新的添加劑,VEINO ULTRA 4618結(jié)合了有機(jī)和無(wú)機(jī)添加劑技術(shù)的優(yōu)勢(shì),使批量鑄造時(shí)高水平的工藝可靠性得以保證。

通常,添加劑需要做到能保證穩(wěn)定可靠的高品質(zhì)生產(chǎn)。我們知道,即便在某些條件已實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的情況下(如造型材料、粘接劑類(lèi)型和涂層類(lèi)型),還是可能出現(xiàn)型砂膨脹的缺陷,導(dǎo)致返工和廢件。雖然使用較厚的涂層有助于改善這種情況,但其應(yīng)用卻受到生產(chǎn)中的公差規(guī)范的限制。

添加劑就可以從本質(zhì)上解決這個(gè)問(wèn)題,即型砂膨脹。根據(jù)添加劑技術(shù)的不同,它們?cè)阼T造過(guò)程中可能發(fā)生燃燒或充當(dāng)一種緩沖劑,從而在石英砂轉(zhuǎn)化時(shí)為型砂創(chuàng)造膨脹的空間。加上它們易于控制的優(yōu)勢(shì),尤其是在批量鑄造中,添加劑可以實(shí)現(xiàn)高水平的工藝可靠性。

有機(jī)添加劑特別適用于防止脈紋缺陷,但會(huì)產(chǎn)生相對(duì)較高的氣味和發(fā)氣量大。反之,無(wú)機(jī)添加劑則能做到真正的零排放,而且在某些特定的條件下可實(shí)現(xiàn)無(wú)涂料鑄造。此外,使用添加劑還能在一定程度上用普通型砂替代昂貴的特種型砂,從而節(jié)約型砂成本。

為了結(jié)合有機(jī)和無(wú)機(jī)添加劑的優(yōu)點(diǎn),亞世科化學(xué)的研究人員一直致力于開(kāi)發(fā)和試驗(yàn)新的VEINO ULTRA 4618混合添加劑。結(jié)果表明,這種添加劑可以有效預(yù)防鑄造缺陷,尤其在預(yù)防脈紋方面表現(xiàn)出色。而且,VEINO ULTRA 4618已成功應(yīng)用于無(wú)需涂料批量生產(chǎn)中,必將幫助殼芯生產(chǎn)取得良好的結(jié)果。（亞世科 供稿）

Design of Automatic Control System of Resin Bonded Sand Regeneration Line

WU?ZhuoPing，?ZHOU?YuXin，YANG?Yong，?WANG?HuaPing?，WANG?ZhuGuang
（CMCU?ENGINEERING?CO.，?LTD.，Chongqing?400039，China）

This?paper?introduces?the?design?process?of?automatic?control?system?of?resin?sand?regeneration?line.?The?whole?system?that?is?the?three?leveldistributed?control?system?is?composed?of?industrial?control?computer，?programmable?controller?（PLC）?and?distributed?I/O?station.The?visual?interface?of?man-machine?interface?is?developed?by?using?SIEMENS?confguration?software?（WINCC）.?The?system?has?friendly?interface，?easy?operation，?reliable?operation，?easy?upgrade.?In?order?to?make?the?system?safe?and?reliable?operation，?communication?using?optical?fiber?ring?network?redundancy?design，?host?computer?using?a?hot?standby?mode，?and?the?uninterrupted?power?supply?UPS?is?also?confgured.?The?system?is?implementedin?a?foundry，?and?the?results?show?that?the?design?is?reasonable?in?structure，?safe?and?reliable，?linkage?control?timing?and?other?technical?properties?can?meet?the?actual?need?of?production..

PLC；?WINCC；?Optical?Fiber?Ring?Network；?Resin?Sand

TG231.5;

A；

1006-9658（2015）04-0024-04

10.3969/j.issn.1006-9658.2015.04.007

2015-03-04

稿件編號(hào):1503-838

吳卓坪（1985—），男，碩士，主要研究方向工業(yè)自動(dòng)化控制.