流量反馈控制在呋喃树脂混砂机上的应用

张志方，郭敬文，张汉强

（济南二机床集团有限公司，济南 250022）

流量反馈控制在呋喃树脂混砂机上的应用

张志方，郭敬文，张汉强

（济南二机床集团有限公司，济南 250022）

在呋喃树脂混砂机造型工艺中，采用液料流量反馈闭环控制提高呋喃树脂流量稳定性的控制原理和解决方案。

混砂机；铸造工艺；稳定性；闭环控制

1 概述

当前铸造行业混砂机液料配比控制上多采用开环控制系统，即按照造型工艺预先确定树脂和固化剂配比之后，混砂机造型过程中按照该液料配比工作，控制系统不采集两种液料的流量信号。开环控制系统中，两液料的流量无反馈通道，系统不能检测液料流量是否出现了偏差，更不能自动纠正液料流量的偏离。若设备工作中出现较大外部扰动，那么液料的供应量和工艺配比的稳定性都难以保证，最终影响产品的质量，甚至造成产品报废。

造型工艺中，混砂机工作稳定性关系着造型工件质量是否合格，其中液料流量和液料配比的稳定性是关键因素。在工程中引入液料流量计，采用流量反馈闭环控制，将液料的流量值实时反馈给控制系统，系统自动纠正液料流量偏差，可以很好地解决液料流量和液料配比稳定性问题。混砂机工作过程中，控制系统能够自动纠正因各种扰动引起的液料流量偏差问题，提高树脂砂混砂机工作的稳定性，可有效降低工件废品率。铸造呋喃树脂工艺中，呋喃树脂和固化剂成本所占造型工序生产总成本比重最大，液料加入量的精确稳定控制，能够最大程度发挥铸造工艺中液料配比工艺的优势，精确控制液料加入量，能够有效降低生产成本。

2 方案

（1）原件选用及接线方式

对于呋喃树脂流量测量器，可选用TURCK公司在线式流量计。该系列流量计可用于测量各种最小导电率的导电性液体，并且可编程。工作电压 DC21～26（V），4～20（mA）线性模拟量电流信号输出，液料流量范围5～40（L/min），测量精度±2%，三位数码实时显示检测液料流量。

该型流量计为四线制接插式流量计，接线方式如图1。图1中FC表示流量计，1#针BN-表示棕色线，接DC24V+；2#针BU-表示蓝色线，接DC24V-；3#针WH-表示白色线,是流量计模拟量输出信号线,接控制系统树脂模拟量输入模块的流量反馈通道；4#针BK-表示黑色线,本方案中悬空不接线。

固化剂流量测量器,选用GF公司微流量传感器,该型传感器包含一个由流体驱动的自由运行转子。在给定的测量范围内,转子的转速是和流体流速成正比的。该型流量计需配置GF+公司流量变送器。

微流量传感器和流量变送器的接线图见图2、图3。图2为流量变送器1#～4#接线端子,其中1#端子接DC24V+；2#端子接DC24V-；3#端子和1#端子短接共同接DC24V+；4#端子为模拟量输出信号线,接控制系统模拟量输入模块的固化剂流量反馈通道。

图3为流量变送器7#～9#接线端子，这3个端子为微流量传感器的接口。7#～9#端子分别接微流量传感器黑色、红色和地线（即屏蔽层）。本方案中流量变送器5#～6#接线端子可选择悬空不接线。

主控制系统采用SIEMENS公司产品，液料流量反馈输入接口选用2通道模拟量输入模块，变频调速模拟量输出控制信号选用2通道模拟量输出模块。呋喃树脂和固化剂泵可根据生产率选型，两液料泵采用变频调速控制，可选用SIEMENS公司通用型变频器。

（2）控制原理

下面以呋喃树脂泵为例介绍液料反馈闭环控制原理。控制系统功能上设置“液料反馈启用”和“液料反馈停止”两种状态。“液料反馈启用”状态表示启用液料反馈控制功能，此状态KA1断开，KA2吸合；“液料反馈停止”状态表示停止液料反馈控制功能，此状态下KA1吸合，KA2断开。

树脂泵及其变频器接线如图4。

图4中电源L1～L3为三相AC380V，R1为滑动电阻器，M1表示树脂泵电机。KA1和KA2为小型中间继电器。D8和D9接线端子接入控制树脂泵变频器的模拟量输出通道；当“液料反馈启用状态”时，模拟量输出通道对树脂泵变频器赋参数值，控制变频器对树脂泵进行变频调速。

下面介绍液料反馈控制原理和控制算法。设A1为呋喃树脂砂造型工艺要求的呋喃树脂流量目标值，A2为FCMI向系统反馈呋喃树脂实时流量值。

呋喃树脂流量目标值（A1）的设定方法：“液料反馈停止”状态下，KA1吸合，KA2断开，变频器工作在“端子排输入”控制模式下。调整滑动电阻器R1，R1利用分压原理赋予变频器不同电压参照值，从而对呋喃树脂泵进行调速控制。调整R1直至调整到工艺要求的呋喃树脂流量目标值A1；调整过程中FCMI三位数码屏实时显示呋喃树脂的流量。A1值稳定后，PLC将记忆此时FCMI向控制系统反馈的目标流量信号A1。

呋喃树脂目标流量A1确定之后，启用“液料反馈启用”功能，此时KA1断开，KA2吸合，变频器工作在“固定频率”控制模式下。PLC将FCMI反馈的实时流量信号A2和目标流量A1做比较。控制系统自动判断A2和A1的大小关系，若A2＞A1，控制算法做“减法”运算，控制变频器输出降低呋喃树脂泵转速，减小呋喃树脂流量，直至A2=A1；若A2＜A1，控制算法做“加法”运算，控制变频器输出提高呋喃树脂泵转速，提升呋喃树脂流量，直至A2=A1。控制系统自动纠正“液料流量实时反馈值”与“目标值”之间的偏差，实现将呋喃树脂加入量稳定在目标值，从而提高液料配比的稳定性，整体提高设备性能。

固化剂液料泵控制原理和控制算法与树脂泵相同，不再赘述。

3 结语

液料流量反馈控制系统在多个项目实际生产中得到了完美应用，系统工作稳定，响应速度快，液料流量控制精度小于±1%。

An Application of the Flux Feed Back Closed Loop Control for a Furan Resin-Sand Mixer

ZHANG ZhiFang,GUO JingWen,ZHANG HanQiang
（JIER Machine-Tool Group Co．Ltd．,Jinan 250022,Shandong China）

In the foundry technology of the furan resin-sand mixer,the application of flux feed back closed loop control has given control principle and method in improvement on the stability of the furan resin flux and match technology．

Sand mixer;Foundry technology;Stability;Closed loop control

TG231.2;

A；

1006－9658（2012）04－0034-2

2012-03-22

稿件编号：1203-033

张志方（1981-），男，助理工程师，铸造设备电气控制设计、调试工作