混砂机自动配水系统的分析与替代.doc

混砂机自动配水系统的原理分析与替代杨绍春(昆明云内动力股份有限公司设备动力部)摘要：以KW铸造生产线混砂机自动加水系统为例，介绍如何利用PLC这一应用普遍的控制单元来对一些面临淘汰停产，己无法购买备件，或者属于比较关键的设备，一但出故障后会对生产造成较大影响的专用控制系统进行代用改造。关键词：混砂机、PLC、改造1 引言随着使用时间的增加，一些老控制系统的故障率逐渐增多，并且由于控制技术的快速发展，一些老控制系统己经被淘汰或停产，导致原有系统的一些备件己无法购买，这对系统出现故障后的恢复造成了很大的困难，同时也对企业生产的正常进行埋下了隐患。本文以德国KW公司铸造生产线混砂机自动加水系统为例，结合混砂机自动加水控制仪micomp3的工作原理及特点，主要介绍了怎样用PLC这一比较普遍的控制设备来对一些面临淘汰停产，己无法购买备件，或者属于生产中比较关键的设备，一但出故障后会对生产的正常进行造成较大影响的专用控制系统进行代用改造。2 混砂机自动加水控制仪micomp3的功用及基本工作原理混砂控制过程分为两大部分，一是控制混砂机混砂的逻辑控制过程（这一功能由砂处理系统的总控制PLC实现）；二是根据型砂的工艺要求控制水的加入量及对偏差因素的修正，同时与控制逻辑过程的总PLC进行信号交换，从而协助总PLC完成逻辑控制过程（这一过程由专用加水控制系统完成）；为此，我公司KW线的混砂机的生产厂家德国KW公司专门开发了一套型砂处理全自动加水控制装置（micomp3系统）。该系统是一套智能化控制仪，它拥有自己独立的CPU，能通过安装在混砂机上的一个温度传感器和一个湿度传感器实时检测温度信号与湿度信号，根据检测到的实时信号进行比较及运算，并根据运算结果输出各种信号给混砂机控制总PLC，对水配量过程进行实时控制，从而控制型砂的最终湿度等级。2.1 micomp3与逻辑控制总PLC的信号交换 混砂机在逻辑控制总PLC的控制下按程序进行混砂，这一过程需要micomp3输出相关的信号给总PLC作为顺序动作的条件，同时micomp3也需要逻辑控制总PLC给出相应的启动信号等条件，这是一个信号交换的过程，这一点将在下一节做详细介绍。2.2 micomp3对型砂水份的控制 型砂水份的控制过程是一个复杂的过程，因为相同的原料、相同的水量，加入时间不同，对型砂性能会有非常大的影响，其中，特别是水的加入量及加入的时机，对型砂性能的影响尤其大 ， 经验证明铸造厂最佳备砂配水量的重点就是搅拌工艺的时间大量的实验表明膨润土应被加到湿砂上，以便达到更快的有效溶解。因此，应尽早地加水，以便在理想的循环时间内达到长时间的湿搅拌。由配水量所引起的问题是明显的：即必须加水，而且应尽快地在程序的较早步骤上确定控制湿度等级。2.2.1加水过程的控制我公司型砂全自动加水控制装置（micomp3系统）对型砂水份的控制分两步进行，第一步是加入预加水（满足膨润土的有效溶解需求），第二步加入精加水（对第一次加水进行修正，以保证型砂性能达到工艺要求）为了控制湿度等级， micomp3控制每次加水量均按下式自动计算：Q=H*（AB）/100 （1）Q=需加入水量H=物料重量A=目标湿度（根据工艺要求给定值）B=原砂湿度（湿度传感器实测值）例如：目标湿度等级=3.5H2O；允许的最大偏差=0.1H2O；所用的原砂湿度等级检测值= 1H2O；物料重量=1500 kg；则每第一次加水（预加水）的量在1500kg(3.4-1)/100=36升 或 1500kg(3.6-1)/100=39升之间；随着混砂的进行，原砂湿度等级的检测值逐步上升，其与目标值的差值进一步减小，则第二步加水（精加水）的值根据实测值与目标值的差值计算加入，从而达到最终目标值完成混砂。2.2.2温度修正 由于型砂温度的高低会导致型砂的水份从混砂机到主机的运输过程中挥发，为避免温度对型砂最终性能的影响，micomp3还有一个温度修正功能，可以根据型砂温度的高低线性修改确定的目标湿度。3 micomp3的代用3.1 逻辑功能的代用3.1.1混砂机的混砂逻辑过程3.1.2代用PLC的选型图1 混砂控制过程逻辑功能图从图1可知，加水控制只是整个混砂控制过程中的一部分，整个混砂过程的逻辑控制是由砂处理总控制PLC（西门子S5-135U CPU928B）进行控制，但其逻辑过程的条件必须由micomp3给出，同时，micomp3的启动信号也要由总控制PLC给出，也就是在二者的信号交换过程中，micomp3的输出/输入是总PLC的输入/输出，根据交换信号点的数量，选择西门子S7-200PLC CPU224代用micomp3，并对I/O点根据实际做如下定义：总PLC（S5-135U）的I/O信号对应代用PLC（S7-200）信号含义E37.5Q0.0预加水水阀E37.6Q0.1精加水水阀E37.7Q0.2预加水水罐放水阀打开E38.0Q0.3micomp3报警E38.2Q0.4micomp3工作结束E38.3Q0.5混砂机湿度极后位信号E39.5Q0.6混砂机水表信号A17.7I0.0混砂机水脉冲表信号A17.0I0.1混砂机水份检测系统启动(micomp3启动)A17.1I0.2加入预加水A17.3I0.4micomp3菜单选择BCD码1A17.4I0.5micomp3菜单选择BCD码2A17.5I0.6micomp3菜单选择BCD码4A17.6I0.7micomp3菜单选择BCD码83.1.3硬件连接及编程根据上表的定义对两套PLC的硬件进行连线，同时编实现micomp3逻辑功能的控制程序，程序框图见图2：由于控制程序太多，这里就不再进行描述，通过框图所示程序编写，S7-200 PLC取代了原micomp3加水系统的所有逻辑功能。3.2 micomp3加水系统的加水功能及温度补偿替代3.2.1元器件选择由于原micomp3所用湿度与温度信号不能直接进入PLC进行处理，所以本次代用采用了用一只输出为020mA的湿度传感器代替原micomp3湿度传感器的功能，一只输出为020mA的温度传感器代替原micomp3温度传感器的功能，一块S7-200EM231模拟量模块处理现场测量的湿度、温度信息。图2 加水控制过程逻辑代用功能图3.2.2程序编写定义湿度传感器测得的信号020mA对应型砂湿度的010%，温度传感器测得的信号020mA对应型砂温度的20100。程序框图见图3：图3 湿度、温度代用程序功能框图3.3 安装调试 要实现S7-200 PLC对micomp3的功能代用，还必须解决两者之间的转换问题，本设计采用的是转换两者电源的方式，原理及示意图见图4：在这种转换方式下，能实现加水PLC与micomp3的无缝切换，在转换电源的瞬间实现两者信号的切换。缺点是如micomp3在混砂快结束时出故障而转换的话，则会导致转换后的第一槽砂过潮。要避免这一缺点，则要求操作者严格在上一槽混砂结束而下一槽尚未开始的中间进行转换操作。3.4 使用效果自从该代用PLC从2007年4月投入使用以来，己经多次在micomp3出现故障时代替其工作，为车间维修micomp3赢得了时间。更重要的是在micomp3出现故障时保证了混砂机的正常运行。为生产的顺利进行发挥了重要作用。4 结束语在下一步的工作中，随着使用时间的延长及产品的更新换代，公司许多老专用控制系统的备件将无法购买，修复更加困难，用PLC这一普通的控制仪代用混砂机加水控制系统micomp3的成功代用，为上述一些老控制系统的修复与代用提供了思路与经验。同时，由于PLC这一通用控制系统可以方便的实现网络功能，可以作为车间PROFIBUS网络的从站。通过以太网而实现对老设备的连网运行，从而使设备管理现代化。图4 PLC与micomp3电源电源转换原理图 参考文献1西门子SIMATIC S7200可编程序控