砂处理系统实时砂量监控及方法

李成永

（四川共享铸造有限公司，四川 资阳 641300）

0 引言

随着工业智能制造的推进与发展，传统铸造的转型升级势在必行。砂型铸造工艺中，对砂处理系统的砂量实时监控是一大难题。对于错综复杂的砂处理系统，无法判断每个砂库砂量、整个系统砂量、系统需要补充多少砂量等，从而造成生产缺砂风险，甚至影响正常生产。本文仅对砂处理系统的砂量实时监控存在的问题进行分析，提出砂处理系统砂量实时监控的一些想法，以期起到降本增效的作用。

1 方法描述

砂处理系统包括砂库系统、终端用砂设备、砂处理回收系统，砂库系统设置多个砂库，每个所述砂库设置多个发送罐，其特征在于，包括确定每个发送罐的每次发送砂量重量及发送次数以确定每个发送罐的砂量值；确定单个砂库的砂量值；利用砂库料位计对砂量值进行纠正；确定每个砂库砂量纠正及纠正后的砂量值；确定终端用砂设备的生产用砂量及砂处理回收系统的回砂量；确定砂处理系统总砂量；确定砂处理系统的砂量补充值。

根据每一个砂库对应的密相气力输送装置中的发送罐的发送次数来计算砂库内的库存砂量，利用砂库多个料位计来对砂量进行纠正，根据多个砂库库存砂量来计算系统总砂量，保证砂量可以实时和准确监控。

砂库的发送罐有进砂发送罐和出砂发送罐，进砂发送罐通过发送管道将砂子发往砂库，出砂发送罐将砂库中的砂子送出。砂库中的上部、中部、下部分别设置料位计，料位计位置固定，当触发某一个料位计时，砂库的砂量值固定为对应料位计位置的砂量值。具体的控制方法如下。

1.1 确定发送罐每次发送砂量重量值

采用密相气力输送装置，发送罐发送一次为一个循环，由于每发送一次的重量有一定差异，为确保砂库计量准确，将每个发送罐发送一次的砂子重量分别计量。将发送罐加满后从底部放出罐内所有的砂子，对放出的砂子精确称量重量，重复N 次，得到发送砂量重量平均值，将该值确定为发送罐每次发送砂量重量值。

1.2 确定发送罐发送次数

每个发送罐发送一次为一个循环，发送次数可以利用PLC 程序进行计量，当发送罐内砂量达到上料位（上部设置的料位计），主进气阀开启时触发上升沿，累加计数器加1，并将发送次数记录于程序的DB 块中，确定发送罐发送次数。

1.3 单个砂库砂量值的计算

每个发送罐发送的砂量值=发送罐每次发送砂重量值×发送次数。

假设砂库的初始值为0，因为发送罐有进砂发送罐和出砂发送罐，单个砂库的砂量值定义为进砂发送罐发送的砂量值与出砂发送罐发送的砂量值的差值。

1.4 砂库的砂量值纠正

因为发送罐计量会出现误差，误差累计会导致砂库砂量值变为负数或者高于砂库容量值，因此在砂库上设置多个料位计，当料位计触发时，将砂库目前的砂量值强制改为料位计位置对应的砂量值。若砂库容量小于100 t，则料位计分别设置在砂库上部、中部、下部，三个料位计分布为上部料位计、中部料位计、下部料位计。若砂库大于100 t，可根据实际情况增加料位计个数，砂库容量每增加30 t，增加1 个料位计。

通过容积、砂子堆积角度、砂子堆积密度等算出料位计的值，料位计的位置砂量值分别为料位计砂量值，当触发料位计时，每个砂库的砂量值强制改为每个料位计对应的砂量值，即单个砂库的砂量即为料位计砂量值，并将发送次数全部清零。

1.5 纠正后的砂库砂量值

当砂库砂量纠正后，所有发送次数全部清零，但砂库砂量值的初始值变为料位计砂量值，所以当料位计触发后，再继续发送过程中砂库砂量值的实时值变为：纠正后的砂库砂量值=料位计砂量值+进砂发送罐发送的砂量值- 出砂发送罐发送的砂量值。

1.6 终端设备生产用砂量及砂处理回收系统回砂量值

终端用砂设备需要的用砂量来源于生产计划Mes 系统，当生产计划从系统中下达，同时在系统中计算出生产计划所需砂量，砂处理系统则提取生产用砂量。砂处理回收系统的回砂量来源于生产用砂后进行的热法再生处理砂，砂子在使用过程中存在一定损耗，根据一定时间段的统计分析，确定损耗系数α，则砂处理回收系统回砂量值为（1-α）×生产用砂量。

1.7 砂处理系统总砂量值计算

单个砂库的砂量值监控的是单个砂库砂量，针对复杂的砂处理系统会有多个砂库，砂量通过同样的方式进行监控，系统回砂量为：（1-α）×生产用砂量，则砂处理系统总砂量的值为多个砂库的砂量值之和加上系统回砂量值。

1.8 系统砂量补充

根据一定时间段的用砂计划量核算出砂处理系统总砂量库存的安全范围的最小值（Min）和最大值（Max），若Min≤总砂量≤Max，砂处理系统周转的砂量正常；若总砂量＜Min，则需要补充系统砂量，以保证系统砂量正常周转。

利用各个发送罐发送砂量进行加减，得出砂库库存的实时砂量，做在触摸屏内，直观反应各个砂库的砂量状态；通过多个料位计，对砂库的砂量进行纠偏，提高砂库砂量的精确度；将每个设备前端各个砂库的砂量汇总，直观反应当日生产所需砂量是否足够，避免因生产过程中缺砂而停机；按照生产计划提前评估供、用砂量平衡，提前预警，降低生产线砂芯存储时间，提高砂子流动效率，保证生产计划完成；将系统所有砂量进行汇总统计，设置安全库存砂量，砂量不足及时采购补充，避免系统砂量不足而无法正常周转；每一砂库的各个料位计两两关联，故障及时报警，防止因料位计故障而降低砂库砂量的准确性。

图1 砂库及发送罐布局示意图

2 结束语

随着工业自动化的发展，铸造行业的转型升级提上日程，通过上述方法得以实现砂量的自动实时监控，根据生产需求调整砂量，以最少的砂量在系统内循环，起到降本增效的作用。