CN114433834B - 一种混砂造型浇注一体智能控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种混砂造型浇注一体智能控制系统，通过工业互联网络实现混砂、造型、浇注和熔炼各工艺环节的互联互通，配以智能管理平台实现工艺过程的智能控制；对各工艺环节运行数据实时采集、汇总分析并反馈到各工艺环节；当生产计划任务下达时对执行结果实时跟踪；对各工艺环节上的生产设备运行状态实时监控，故障信息实时显示，对维护保养信息跟踪监控，对环境实时监测，对生产出的产品质量实时跟踪汇总；工业互联网络由设备物联网模块、工业互联交换机、网络服务器、智能大数据云计算管理平台及自动控制计算分析系统组成。本发明设备互联互通，信息共享；混砂/造型/浇注/熔炼互相连锁，生产任务执行畅通，节省人力，节能环保。

Description

一种混砂造型浇注一体智能控制系统

技术领域

本发明涉及一种混砂造型浇注一体智能控制系统，属于混砂铸造技术领域。

背景技术

铸造行业作为机械行业发展的基础，有着悠久的历史。但是，随着大工业化的发展，向机械化迈进的过程中替代了全部手工直接操作，通过人工操作铸造设备进行生产，并且细化了铸造工艺环节，极大地解放了劳动力。

工业互联网技术的发展以及大数据化和云计算在工业领域的应用，自动化控制替代人工操作设备又成为趋势，铸造各工序(各工艺环节)也都在应用。因为各工序(各工艺环节)发展应用的水平不一样，比如造型和砂处理环节发展的就比较快，而在熔炼和清理等环节就比较慢，尤其是车间数据管理上更是落后，然而它们之间的关系又紧密相联，这就需要一种联接各工序、各工艺环节的智能控制系统。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一套在铸造领域内的工序之间的系统即混砂造型浇注一体智能控制系统，重点用于实现造型浇注连续、同步运行。通过工业互联网络使混砂、造型、熔炼、浇注等工艺环节单元形成一个封闭链，智能控制各工艺环节的单元之间互联互通。同时造型、同时浇注，造型数据(铸件的材质、单重、每模件数、造型数量)直接传递到浇注机，浇注机根据铸件信息设定或调取浇注参数(浇注温度、孕育时间、孕育量、浇注量等工艺参数)，浇注机根据工艺参数分配起浇时间、末浇时间、浇注时瞬时浇注量，以及孕育时间、孕育量的控制，以及浇注温度超出浇注温度时的报警等。

本发明是通过如下技术方案来实现的：

一种混砂造型浇注一体智能控制系统，通过工业互联网络实现混砂、造型、浇注和熔炼各工艺环节的互联互通，配以智能管理平台实现工艺过程的智能控制；对各工艺环节运行数据实时采集、汇总分析并反馈到各工艺环节；当生产计划任务下达时对执行结果实时跟踪；对各工艺环节上的生产设备运行状态实时监控，故障信息实时显示，对维护保养信息跟踪监控；通过此系统对生产出的产品质量实时跟踪汇总。

所述工业互联网络由设备物联网模块、工业互联交换机、网络服务器、智能大数据云计算管理平台及自动控制计算分析系统等组成，智能大数据云计算管理平台及自动控制计算分析系统安装在网络服务器中，网络服务器与工业互联交换机联接，工业互联交换机与设备物联网模块联接，实现联网设备的通讯及后台数据的采集和存储，以及前台汇总分析展示及应用。

所述设备物联网模块包括砂处理物联网模块、造型机物联网模块、浇注机物联网模块、加配料物联网模块、炉前铁水质量评管模块、电熔炼物联网模块、球化站物联网模块和炉后浇包物联网模块，炉前铁水质量评管模块通过无线传输方式分别与金相组织分析仪物联网模块、碳硅快速分析仪物联网模块、直读光谱分析仪物联网模块和自动测温枪物联网模块联接；

所述智能大数据云计算管理平台及自动控制分析系统，用于对系统集成后的数据进行采集/汇总/分析/展示/管理，是专门开发的对系统集成后的数据进行采集/汇总/分析/展示/管理的智能控制平台及软件系统。

本发明的有益效果是：

设备互联互通，信息共享；混砂/造型/浇注/熔炼互相连锁；生产流程全部在系统中下达和执行；生产任务执行畅通，异常情况处理及时可控；计划完成准确高效节省人力，混砂、造型、浇注最少可由一人完成操作。

附图说明

图1是本发明实施例的硬件网络结构示意图；

图2是本发明实施例的生产流程示意图；

图3是本发明实施例的物料分解示意图；

图4是本发明实施例的架构原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

如图1所示，是本发明实施例的硬件网络结构示意图。本发明在具体应用时，网络服务器分别与计划终端、生产终端、设备终端、质检终端和技术终端联接，组成一个完整的计划、生产(混砂、造型、浇注)、设备管理、质检和技术支持一体化的混砂造型浇注一体智能控制系统。

如图2所示，是本发明实施例的生产流程示意图。在混砂造型浇注一体智能控制系统的自动统一调控下，根据生产计划，加配料工序与砂处理工序/造型工序同步进行，最后进入浇注工序完成浇注。加配料工序完成上料、成份检测、熔炼和精炼，加配料物联网模块完成上料，炉前铁水质量评管模块控制完成成份检测，成份检测通过金相组织分析仪物联网模块、碳硅快速分析仪物联网模块、直读光谱分析仪物联网模块和自动测温枪物联网模块实现，熔炼通过电熔炼物联网模块实现，精炼通过球化站物联网模块实现，备好合格铁水。砂处理工序，砂处理物联网模块控制砂处理系统，可实时自动检测造型机对型砂的需求，可自动完成型砂的混制及输送。造型工序，造型机物联网模块控制造型机，可实时检测型砂有无信号和浇注机浇注信号，可自动完成计划产品的造型及铸型输送任务。浇注工序，浇注机物联网模块控制浇注机，可自动检测可浇注铸型有无和可用铁水的有无信号。具体的生产调控步骤如下：

根据订单计划，由生产计划员在计划终端录入计划产品代码、生产数量，并上传网络服务器自动生成计划单；管理平台系统根据订单计划排产、分解计算物料并分发到生产终端和各生产设备终端；车间管理员根据车间生产终端收到的生产计划组织生产；电炉自动加配料系统根据生产计划执行上料、成份检测(金相组织分析、碳硅分析、光谱分析检测结果及测温数据实时上传系统)、熔炼、精炼(球化站进行球化处理并检测)，备好合格铁水；同步进行的是，砂处理工序根据生产计划执行造型原辅材料的上料及型砂的按需混制，紧接着造型工序得到砂处理设备砂准备完毕的指令，同时根据生产计划更换好模型并造型生产；最后浇注系统收到造型机系统造型完毕和电炉系统铁水准备完毕的指令，同时根据生产计划确定产品类型、每型铁水重量等工艺数据，准备浇注；此个过程中的材料质量由化验员检测并由终端共享数据到系统；后道浇注完成的产品质量由质检员检测，检测结果上传系统；整套混砂造型浇注一体智能控制系统设备运行状态由设备管理员及设备主管负责监控和维保；相关技术部分由技术员及技术主管负责工艺制定、监督执行及完善修改。

作为进一步优选的实施例，整套混砂造型浇注一体智能控制系统主要包含两部分：铸造运维管理系统(全称“铸造车间智慧集成运维管理系统”)与设备互联集成安全控制器。其中铸造运维管理系统符合智慧铸造工场(车间)技术和管理特征，以生产管理为核心，质量管理为重心，流程化为规范手段，涵盖企业经营管理、产品管理、生产管理、质量管理、采购仓储、模具设备、人力资源等，实现以订单为中心的信息物流和人的集成，工作便捷，洁净高效，生产效率提高20％，人员减少80～100人，成本降低15～30％，产品研制周期缩短35％以上，产品不良率降低50％，利润增加25％；其次，设备互联集成安全控制器支持双CPU模块自适应冗余系统，支持在线、远程编程和调试，支持热插拔功能，支持65536个自动测温枪物联网模块I/O扩充能力。自动测温枪物联网模块编程语言符合IEC自动测温枪物联网模块1131-3标准。通讯模式包含WiFi、3G、BLE、Zigbee和LoRa等；连接标准为802.11bgn、150M带宽和4MByteFlash；蓝牙属于2.4GHz自动测温枪物联网模块RF低功耗转换器，支持远程升级；工作温度范围-40～+85℃。该部分重点研制适用于铸造车间智能控制器、智能网关；引入多模式智能无线传输模块并对其进行消化吸收和性能再提升。通过设备互联集成安全控制器的使用，辅助互联互通集成技术，实现关键工艺系统数据融合，关键设备互联互通率100％。

整套混砂造型浇注一体智能控制系统各个智能单元的工作情况具体如下：

砂处理工序：砂处理物联网模块包含新旧砂处理功能、混砂搅拌功能、型砂检验等重要功能，这套砂处理系统核心优点在于：1、可实时自动检测造型机对型砂的需求，可自动完成型砂的混制及输送；2、砂处理系统可将生产过程中的有用数据实时传递到铸造运维管理系统中，由铸造运维管理系统对数据进行分析处理；3、砂处理系统经铸造运维管理系统分析处理后，可为后续造型工序提供生产指令，控制造型设备的生产。

造型工序：造型机物联网模块在接收到铸造运维管理系统传达的砂处理系统完工，可进行生产造型的指令后，结合铸造运维管理系统给予的生产计划，进行相应产品的砂箱造型工作，在生产造型过程中数据实时反馈到铸造运维管理系统中(造型速度、造型箱数等)，同时造型机可实时检测型砂有无信号和浇注机浇注信号，可自动完成计划产品的造型及铸型输送任务，铸造运维管理系统在接收到造型完工的信息后，会传达到浇注机物联网模块和电熔炼物联网模块中，为下一道工序的执行传达指令。

加配料工序：加配料物联网模块在接收到铸造运维管理系统传达的生产计划后，同时根据铸造工艺设计PLM系统的工艺数据进行称重配料工作。加配料物联网模块包含称重配料系统，通常由配料控制系统和受控制的给料装置(设备)、监控系统所组成，在生产中可节约大量的劳动成本、劳动强度，还可提高终端产品的稳定性、精度性、效率，为企业生产带来巨大的效益。加配料机在加配料的过程中，会将配料数据实时传递到铸造运维管理系统，同时将配好的原材料通过传送带自动投放到电炉中，铸造运维管理系统接收到加配料系统完工的指令后，会及时将信息传递到电熔炼物联网模块，控制电炉进行生产工作。

电熔炼工序：加配料工序系统工作完成后，电熔炼物联网模块接收到铸造运维管理系统下达的熔炼指令后，开始进行原材料的熔炼工作，在熔炼的过程中将熔炼数据实时反馈到铸造运维管理系统，铸造运维管理系统对数据进行分析后，通过局域网内的无线网络，向金相组织分析仪、碳硅分析仪、光谱分析仪、测温枪等设备传达检测指令，监控电炉中的铁水成分，并通过无线网络将检测数据实时上传铸造运维管理系统进行分析。

球化工序：球化处理使得具有很高的强度，又有良好的塑性和韧性，其综合力学性能接近于钢，因其铸造性能好，成本较低生产方便，在工业中得到了广泛应用。球化站物联网模块在时刻接收铸造运维管理系统中传递过来的电熔炼炉中铁水的成分和温度数据，当铁水成分信息到达球化临界值时，球化站将在操作的工人的监控下完成球化工作，并实时将球化数据反馈到铸造运维管理系统。

浇注工序：浇注机物联网模块在实时监控铸造运维管理系统所获取的造型机联网模块数据和电熔炼物联网模块数据，同时结合铸造运维管理系统所传达的生产计划，在操作人员监控下完成浇注任务。

作为进一步优选的实施例，所述设备物联网模块还包括环境监测物联网模块，专门用于铸造车间工场环境的空气质量监测，采用的是JFD-L6型微型全天候户外自动监控终端，它是由数据采集平台、数据传输平台和数据处理平台组成，数据采集平台可扩展多种传感器(温度、湿度、粉尘、噪声等)，实现不同的空气污染物监测功能。其采用钢质材料，能够适应全天候复杂环境，具备电子兼容A级设计，以及IP55防尘、防溅水设计，功能完善、体积小巧、系统集成度高、坚固耐用，可在各种复杂环境下可靠工作。环境监测系统部件包括一款数字式通用颗粒物浓度传感器，可以用于获得单位体积内空气中0.3～10微米悬浮颗粒物个数，即颗粒物浓度，并以数字接口形式输出，同时也可输出每种粒子的质量数据。采用电子切割可同时测量PM，PM浓度数据。传感器采用激光散射原理，即令激光照射在空气中的悬浮颗粒物上产生散射，同时在其一特定伯度收集散射光，得到散射光强随时间变化的曲线。数据处理平台(包含微处理器)采集数据后，通过傅立叶变换得到时域与频域间的关系，随后经过一系列复杂算法得出颗粒物的等效粒径及单位体积内不同粒径的颗粒物数量。环境监测物联网模块将车间采集到的颗粒物数量、噪声和温湿度等数据会实时反馈到铸造运维管理系统上，铸造运维管理系统会对这些车间环境数据进行多维度分析，对车间生产具有重要的指导意义。

通过以上各个设备单元物联网模块的具体实现方式可知，本发明是在设备单机独立运行基础上，利用物联网技术，将铸造运维管理系统作为集成平台，铸造运维管理系统采用大型关系型数据库为基础，基于B/S结构设计信息管理系统，而铸造车间生产控制系统采用PLC和智能控制器为主的控制信息系统，二者之间没有直接通讯的能力，数据相对孤立，无法实现互联互通。本项目采用OPC技术，开发基于COM的中间件软件，提取数据采集系统(造型线控制系统、砂处理控制系统、熔化监控系统)中有用数据送入铸造运维管理系统，并经过授权直接将生产运维管理系统和铸造运维管理系统中相关数据通过中间件软件送到控制系统控制各加工工序运行。使车间工场设备互联互通，信息共享；混砂造型浇注互为条件、互相连锁；生产流程全部在铸造运维管理系统中下达和执行；在铸造运维管理系统对串联的设备数据的监控下，生产任务执行、异常情况处理及时可控；计划完成准确高效。产业整体生产效率提高20％以上，成本降低15％～30％，研发周期缩短35％，产品不合格率下降50％，粉尘降低30％，噪声降低5～8分贝，创造可观的经济效益和社会效益。

各个设备利用物联网技术串联起来，将各个设备数据整合起来展示。

如图3所示，是本发明实施例的物料分解示意图。物料包括熔炼铁料和混砂材料，熔炼铁料包括生铁、废钢和回炉料，混砂材料包括：新砂、旧砂、煤粉和膨润土。

如图4所示，是本发明实施例的架构原理示意图。智能大数据云计算管理平台及自动控制分析系统包括：数据采集软件模块、数据库软件模块、系统管理软件模块和用户软件模块。

Claims (6)

1.一种混砂造型浇注一体智能控制系统，其特征在于，通过工业互联网络实现混砂、造型、浇注和熔炼各工艺环节的互联互通，配以智能管理平台实现工艺过程的智能控制；对各工艺环节运行数据实时采集、汇总分析并反馈到各工艺环节；当生产计划任务下达时对执行结果实时跟踪；对各工艺环节上的生产设备运行状态实时监控，故障信息实时显示，对维护保养信息跟踪监控；对生产出的产品质量实时跟踪汇总；

所述工业互联网络由设备物联网模块、工业互联交换机、网络服务器、智能大数据云计算管理平台及自动控制计算分析系统组成，智能大数据云计算管理平台及自动控制计算分析系统安装在网络服务器中，网络服务器与工业互联交换机联接，工业互联交换机与设备物联网模块联接，实现联网设备的通讯及后台数据的采集和存储，以及前台汇总分析展示及应用；

所述设备物联网模块包括砂处理物联网模块、造型机物联网模块、浇注机物联网模块、加配料物联网模块、炉前铁水质量评管模块、电熔炼物联网模块、球化站物联网模块和炉后浇包物联网模块，炉前铁水质量评管模块通过无线传输方式分别与金相组织分析仪物联网模块、碳硅快速分析仪物联网模块、直读光谱分析仪物联网模块和自动测温枪物联网模块联接；

所述智能大数据云计算管理平台及自动控制计算分析系统，用于对系统集成后的数据进行采集、汇总、分析、展示、管理；

加配料工序完成上料、成份检测、熔炼和精炼，加配料物联网模块完成上料，炉前铁水质量评管模块完成成份检测，成份检测通过金相组织分析仪物联网模块、碳硅快速分析仪物联网模块、直读光谱分析仪物联网模块和自动测温枪物联网模块实现，熔炼通过电熔炼物联网模块实现，精炼通过球化站物联网模块实现，备好合格铁水；砂处理工序，砂处理物联网模块控制砂处理系统，实时自动检测造型机对型砂的需求，自动完成型砂的混制及输送；造型工序，造型机物联网模块控制造型机，实时检测型砂有无信号和浇注机浇注信号，自动完成计划产品的造型及铸型输送任务；浇注工序，浇注机物联网模块控制浇注机，自动检测可浇注铸型有无和可用铁水的有无信号；

利用物联网技术，将铸造运维管理系统作为集成平台，采用大型关系型数据库为基础，基于B/S结构设计信息管理系统，铸造车间生产控制系统采用PLC和智能控制器为主的控制信息系统，采用OPC技术，开发基于COM的中间件软件，提取数据采集系统中有用数据送入铸造运维管理系统，并经过授权直接将生产运维管理系统和铸造运维管理系统中相关数据通过中间件软件送到控制系统控制各加工工序运行。

2.根据权利要求1所述的一种混砂造型浇注一体智能控制系统，其特征在于，所述设备物联网模块包括环境监测物联网模块，用于铸造车间工场环境的空气质量监测，由数据采集平台、数据传输平台和数据处理平台组成，数据采集平台扩展多种传感器实现不同的空气污染物监测功能，传感器采用激光散射原理，数据处理平台采集数据后得出颗粒物的等效粒径及单位体积内不同粒径的颗粒物数量，环境监测物联网模块将车间采集到的颗粒物数量、噪声和温湿度数据实时反馈到铸造运维管理系统上。

3.根据权利要求2所述的一种混砂造型浇注一体智能控制系统，其特征在于，网络服务器分别与计划终端、生产终端、设备终端、质检终端和技术终端联接。

4.根据权利要求3所述的一种混砂造型浇注一体智能控制系统，其特征在于，在混砂造型浇注一体智能控制系统的自动统一调控下，根据生产计划，加配料工序与砂处理工序/造型工序同步进行，最后进入浇注工序完成浇注。

5.根据权利要求4所述的一种混砂造型浇注一体智能控制系统，其特征在于，包含两部分：铸造运维管理系统与设备互联集成安全控制器；铸造运维管理系统符合智慧铸造工场技术和管理特征，实现以订单为中心的信息物流和人的集成；设备互联集成安全控制器支持双CPU模块自适应冗余系统，支持在线、远程编程和调试，支持热插拔功能，支持65536个自动测温枪物联网模块I/O扩充能力，自动测温枪物联网模块编程语言符合IEC自动测温枪物联网模块1131-3标准，通讯模式包含WiFi、3G、BLE、Zigbee和LoRa，连接标准为802.11bgn、150M带宽和4M Byte Flash；蓝牙属于2.4GHz自动测温枪物联网模块RF低功耗转换器，支持远程升级。

6.根据权利要求5所述的一种混砂造型浇注一体智能控制系统，其特征在于，砂处理物联网模块包含新旧砂处理功能、混砂搅拌功能和型砂检验功能；

智能大数据云计算管理平台及自动控制分析系统包括：数据采集软件模块、数据库软件模块、系统管理软件模块和用户软件模块。