铸造炉后自动加料系统设计

2020年第6期2020年12月
!"设备与工艺
FOUNDRY EQUIPMENT AND TECHNOLOGY Dec.0020 N〇6
.铸造设备•d o i:10.16666/ki.issn1004-6178.2020.06.003铸造炉后自动加料系统设计
马钊，靳泽聪
(共享能智铸造产业创新中心有限公司，宁夏银川750011)
摘要：本文对铸造熔炼炉后加料系统进行了自动化改造，将硬件更换为能够接收PLC控制的设备，利用 PLC程序设计能够满足软硬件逻辑控制的系统来实现铸造熔炼自动加料。

本系统的实现减少了劳动力，提高了
生产效率，降低了成本。

关键词：铸造熔炼；自动加料;工业自动化;PLC
中图分类号:TG23 文献标识码:A 文章编号％ 1674-6694( 2020 )06-0008-04
Automatic Feeding System Design of Casting Furnace
MA Zhao $JIN Ze-cong
(National Intelligent Foundry Industry Innovation Center Co .$Ltd.，Yinchuan Ningxia 750011$ China) Abstract: The industrial automation reform of the feeding system of the casting melting furnace was carried out, and the hard­ware was replaced with the equipment that could receive PLC control. The PLC program was used to design the system that met the logic control of hardware and software to realize the automatic feeding of the casting melting.This system reduces the labor force $im­proves the production efficiency, and reduces the cost.
Key words：automatic feeding system, industrial automation, PLC
工业自动化在现代工业方面已经成为了主要
趋势，为了更好地解放和发展生产力，机器代替人
工或机器与人工共同作用成为了十分重要的方式。

所谓工业自动化，即使用自动设备、自动逻辑控制
完成一系列有规律可循且减少重复劳动力的机器
操作方式。

目前在铸造企业，熔炼炉后加料大都是
人工操作，加料过程全程需要有人工加料且转运至
炉前，一些工厂炉后转运已经 ，是加料过程
是全程需要人工与。

为了减少 的劳动力，就需要完成自动加料系的设。

目前 设 备方面已经有应用，用已有的 设备，研究其P LC编程逻辑控制系。

1加料系统P LC需求
图1为加料系统整体框架图，需要设计P LC控 制的 有 方面。

1PLC与 ，发 和。

自动加料触发条件就是能够获取数据下
收稿日期；2020-09-22
作者简介:马钊（1996-) $男，IM工程师，主要从事智能设备设计与改造，及工业物联网底层系统集成工作。

图1现场整体框架图
发，发的前 是 ，需要 机或其 控制机和 PLC，
的。

2 P LC控制大、小车及起升变频器完成天 车转运。

P L C的逻辑一是控制大、小
器自动且全运，控制 运的是 控制 器的运转，在 前 ，可 过 的逻辑控制 现。

3 P LC逻辑控制 放料。

P L C的逻辑一是控制在何时吸料，放料。

4)天车P LC
与转运车正常通讯进行相应信号
2020年第6期马钊，靳泽聪:铸造炉后自动加料系统设计铸"设备与工艺
的数据传递。

转运车对加料小车进行转运至炉前加料，而在 加料小车离开加料位置时，天车PLC就需要暂停加 料，直到加料小车到达加料位置方可继续加料。

这 个过程需要天车系统和转运车系统进行通讯和数 据交互，所以保证二者之间的正常通讯是该设计的 需求之一。

5)天车P LC与吊钩秤通讯获取相应的重量数 据。

加料过程中，重量数据的实时获取是加料系统 误差和正常运行的前提，通过稳定的有线通讯是保 证重量获取的基础。

2系统设计
2.1总体控制系统状态机
图2为加料系统 程图。

天车PLC在与保正常通讯的前提下，获取到
的数据，在 运行 足下开始运行，磁盘开
始上升，上升至安运行位置；车与小车开始运 行，运行至相应的料上方，小车可以时运行；磁盘 ，到料 ，在 转运车在加料位置磁盘上料；磁盘上升至料位置，
是 需要 料，需要 料进 料 ，需要配料磁盘上升至运行；小车运行至料位置；磁盘 至料位置料；时PLC 是 加料 ，，到
一 数据 ，有 ，
图2加料系统状态流程二步继续开。

个 系统的实 在 进行
和 ，该 是实 天车 加料的基础
2.2设备连锁
图3所，该系统中天车P LC需要和三个设
通讯，是 吊钩秤 和转运车。

与吊钩秤通过RS232 通讯方，与
单兀通过ModBus TCP/IP Ethernet通讯方式，与转运 车通过ModBus TCP通讯方式完成通讯。

|--------------1PLC 1-----------------------1 |_7S2&2 |丨_ModBus T)P Ethernet] |_ModBus TCP_| W钩秤接收器] (Z智能单元D C Z转运车:
图3设备连锁示意图
1)智能单兀中K e p=a re通过建立ModBus TCP/IP Ethernet通道，在该通道下根据天车P LC具 体的 IP进行，数据取与写人;天车系统与 通讯数据
重量数据，系统运行 ，炉 ，加料开始号，系统 数据。

2 转运车是 PLC转运车 PLC与天车PLC者之间实的是一的 ，
天车系统在磁盘 至 料位置 到加料小车 离开加料位置，需暂停加料直到 到加料 小车到位 ，方可续进行加料；当转运车系统 天车系统磁盘 上 加料小车离开加 料位置时，磁盘放料 且离开加料小车，方 可对加料小车进行转运 个 P LC之间可以通过ModBus TCP通，在P LC编程中添加相 应的通讯程序段，并定义好二者之间的数据往来。

天车系统与转运车系统的变量主要 天车 系统与转运车系统心跳，加料小车到位，加料小车 离开，加料小车离开
2.3配料状态机
磁盘料与料重量与压对应关系是 一个相对线性关系，而是一个 规的料曲线，这就需要通过测试来得到一定数据量的曲线拟 合，这样才更好实料 对每种物料，通 过测试得到的料曲线也是尽相
配料 程图4所示，磁盘吸料之后到配料位置，在料的重量是 超过了剩余重量的范围，超出范围，开始执行料：机，根据 的物料由之前 测好的料曲线
给
Dec.2020 !6錡"设备与工艺2020年第6期
图4配料状态流程
定一定的电压，完成第一次调料;如果误差还是没 有到达范围之内，则需要逐步降低电压，每次都减 少电压直到重量误差在允许范围之内即可。

2.4编码器数值获取与校准
编码器，在本次系统中作为行车位置判断的计 量单位，起着至关重要的作用。

硬件连接编码器至 PLC。

P L C中的高速计数器通过数据取值和计算，以此来确定行车位置。

通过两个输 接人，在 置 A、B 相，定 计数 为 模，如此就能够
得到高速计数器的值。

本系统选用增量 码器，而高速 中，码器 误 ，就需要过 中置一位，行车 行至 位 ，的值
人编码器以此来作为 。

2.5数据分析与报警
数据 码器值判断位置料料
位置判断 料 车行判断、料 判断 重量 重量
位 车系统数据 。

行车位置
料 重重量 码器数据 误 车通
料 个料 ，的
在一个 ，在 一个料 的 一个位置 完 个料 的料 一个 ，就需要个来，通过个的，以此
来 个料的物料都能取本如图
5 ，第一次 为第一个，第二次 为第二个点，以此类推。

编码器位置判断:在行车行过程中，编码器 的作用十重要，行车是否到达目的地，是否需要
(1)0
3
05
图5五点吸料法
进人减速区域，是否处于危险区域等都需要对编码 器的值进行判断后做 应的动作。

料败前文述料步骤，做到
每次都能够成功料，料实值系统计算 给定的可接受的最值，本次料败，放料后 并重 料料步骤料败三次的情况下，系统判断放弃料，并以 形式告知工人，本料败，直到手动或自动位。

编码器 系统PLC长时间断电、变频
器故障、连接不 等情况下增量型编码器往往数值紊乱的象，如果 种情况，一旦自
动料始行，行车就 r失控”象，无
到达指定位置做指定动作，是一件十危险的事情 以，判断编码器数据的 显得尤为重要。

编码器数值 ，在确数值校准之后，才能通过手动 位
重量 重量数据是 料的重要参数，数据 误、不准确或 都会使本次料
数据计算 误，为炉前料增不必要的调配料的麻烦 以，系统判断重量数据 后需 通 知，待查明原因并 后可继续使用自动料。

车通 车通异导致数
据 ，意味着自动料系统获取料车正
确的位置息。

如料车经离料位置，但 由于通异，系统得到的还是上次料车在加料位置的 ，导致所加物料 在 。

2.6防摇摆功能实现
为 行车在 行 的 定 ，减 和动来的误，需要行车做一定的动控，使能够最地在行中减少。

耐德电气在防 P LC及变频做了一些必要的置，可以满足用 的需求。

3实现
3.1运行功能的实现
计算 位置 实 位置的 ，值为前进，反之值为后退，并且得到 值;判断离差
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是否为 ，如果 内，
时 ，果 于
，于
及 需要一 位 ，
制 为
自动 位
3.2报警状态的实现
位置 及 一位置 器不安全内，置1;配料失败报警配料步骤连续进三次配料均失败，置1，直下次配料步骤或由自动切回动时复位;称失报警:设置定时器，十秒钟没有接收到 吊钩秤接收器数据 ，置1;与转
讯报警 统与转 统 互发心跳来确保讯，设置时器，五秒内没有接收转心 跳信号，置1.
3.3数据分析功能的实现
吸料 动 下吸放料两
态和自动 下吸放料两完成 记录 每物料每次完成放料时记录并累加，直 新始加料统;剩余算，获取了已加 后总 减去已加 剩余 容差算:每次加料无法做毫厘不，需要根据所加 物料总算出 ，当总 <2t，容差为50 kg，当总重>2 t时，容差为总重的5%来 算;加料 上限设置:加料 间和承受重有，需要设置上来暂加料程，等待下一个空车在加料位置上;加料循环:物料顺序事 定好，并加料循环中判断是否进行下一个物料加料程。

3.4防摇摆功能的实现
利用已有防数据进
理，主要 整个加和程的加 控制，防摇摆效果 现 1.
表1防摇摆前后对比图
前后参数对比摇摆幅度定时间/@获取/kg 防摇摆前>10°5〜20±20
防摇摆后<8°3〜8±5
4结论
后自动加料系统 硬
改，硬更换为够接收PLC制设，主要 利用P LC程序设 现了 部分 后自动加料。

够满目前数 后自动加料需。

现了 现无人化目，并且加了 后加 料 效 ，为
了与时间 成 。

次设 后自动加料统已现了吸料成果，一不有待进一步改进：1)由于料中物料分不均，吸现象，今后 技术 ，加料内物料，现自动 有料位置并吸料。

2 防 现程 不 ，与
根数 及满 定等 有 直接 ，后 需要 防
上 现进一步 。

1上接第7页）
式接头新技术，有效地解决了制作、拆卸及装配困 难的问题，另外，加水时的漏水问题也得到了解决，自投入使用后，使用效果非常理想，主轴转动灵活，供水装置没有出现漏水现象，整套主轴的拆装只需 2 h〜3 h，而改进前需要8 h〜24 h.图13为现场安装 图，其中左图为位于混砂室内的主轴立柱，右图为位 于混砂室外的供水装置，包含旋转接头。

5结论
D IS A公司研发的混砂设
水，方面也具一定的优化间。

主轴的改进一，而改进 ，优化了 SAM16-180S混砂主轴
，方了及 制作，解决了主轴水
图13 SAM16-180)混砂机安装主轴实物图
封问题，提高了设备运行的可靠性。

参考文献：
[1]黎启柏.液压元件手册[M].北京:冶金工业出版社，2000.
[2] .设 [M].出，1991.
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