介绍一种湿型砂性能的在线监测和控制系统

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湿型砂性能的在线检测和控制专家系统

7 b/ d9 Y2 i& |3 k0 `& {从事铸造生产的人们都知道，铸造可以简单的理解为这样一个过程：用型砂通过模型做出一个砂型空壳，然后往砂型空壳里面倒入液化的铁水，待铁水冷却凝固后就可以取出铸件。通过这样一个简化的过程我们可以看出影响铸件生产的三个关键因素：型砂、模型和铁水。模型我们可以委托专业的模型制作公司为我们制作金属模型，只要我们在生产过程中定期对模型进行检查、维护和保养，保证模型定位装备的配合间隙，就能保证砂型的尺寸精度。铁水我们可以通过电炉精炼以及配套炉前快速分析检测系统很容易地得到合格的铁水。而型砂性能的好坏直接影响到铸件的质量、生产效率和成本。据统计，由于型砂质量引起的铸件废品率占所有废品率的60~70%。因此为铸造生产提供合格的型砂非常重要。为铸造生产提供型砂的砂处理系统是一个复杂的系统，它涉及的设备多，变化因素复杂，所以型砂的质量很难控制。长期以来我国的型砂混制是靠混砂工用手捏凭经验判断型砂的质量并作出相应的调整，同时在实验室定时检测型砂性能，根据工艺要求对型砂进行控制。由于人工判断误差大，尤其对于缺乏经验的年轻工人来说难以掌握，而实验室检测需要时间，不能及时准确地反映型砂的实际性能，更无法实现生产过程中对型砂质量的及时控制和对铸件缺陷的预防，不能适应稳定质量的需要，所以迫切需要对型砂进行在线检测，以便及时了解型砂性能的变化，及时调整型砂的组分和混制工艺，使型砂始终保持稳定、良好的性能。
早在1981年，法国FONDARC(法迪尔克)公司开发的湿型砂性能在线检测和控制的专家系统----RTC106型砂在线检测系统第一代产品就在欧洲开始推广和应用，至今已发展到第六代，全世界有四百多家企业在使用。RTC106的作用是通过对混砂过程中型砂的紧实率、湿压强度的实时检测，并与目标设定值进行比较、计算后，自动调整和控制水份、膨润土的加入量，达到实时控制型砂质量的目的，同时长时间自动记录相关的数据，为工艺人员进行工艺过程分析提供准确的原始资料。2004年年底常州市通力机电设备制造有限公司与法国FONDARC合资成立了常州市法迪尔克粘土砂铸造机械有限公司，并授权常州市法迪尔克粘土砂铸造机械有限公司生产法国FONDARC的主导产品之一的RTC106型砂性能在线检测控制系统。
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1、RTC106的检测控制参数

" h1 K$ i. U8 F! gRTC106的检测控制的参数是紧实率和湿压强度，并通过型砂温度及型砂到达造型机时的实际性能对上述所测参数修正后进行控制。紧实率和湿压强度是能综合反映型砂性能和质量的参数，通过对紧实率和湿压强度的检测我们可以判断型砂中的水分含量是否合格，含泥量是否超标以及澎润土的有效含量是否合格等指标。
1 q7 q. Y0 T6 M4 I% ^
) H$ }: p) P# @8 H: @. A2 G# i2 }/ I

3 K* k7 {7 @0 m% c7 G5 X

3 R9 _/ q4 ~- J9 \3 \
) ?) V4 o# f' ]' x; q- W

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2、RTC106工作流程：
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混砂机进料 ( a9 c0 d6 q1 v6 W. `/ Q ) ?# G- S+ j5 M% n: H9 v

水量计算 : l* m" i+ G, W2 V ; \5 f. P0 ~1 I9 L5 F# T* P  @& ?

加水

混合 ! N# y2 M7 S9 f7 H2 R, H0 I

紧实率测量 ! F2 G' q' M1 @2 i8 V1 s5 z5 c0 z. v- i 6 i1 E5 }/ A( a9 u( @7 E- l5 w4 b

频率计数 , @3 I+ y8 |# M- d. i

紧实率范围 3 k' b* z; r, f! P: v4 q4 [  x# P

正确值 9 n4 f: Z% A  \7 b

范围 ; G0 L; \2 z  q' Y: g

GCS测量 . W2 h7 o. i: ?# n' Y3 Q3 q

GCS范围 : O7 Q8 E/ p1 o

上限值 + J/ |  x& L, D$ o6 e0 [ . d4 k1 F4 @6 h" y9 y

报警 ; `! a6 [& E2 R, r4 @ * h2 V# V( @0 k9 d  P! \

混砂机出料 * S5 Q' P6 G8 s

正确值 $ Z2 }) o* u- h. k6 e- v- s2 l" l

下限值 0 R1 G  {/ Q$ a- v3 ^

水量计算 ! A6 [+ p* u& p' A( X; T: X% J   ?% v. ]5 _9 n7 D( T0 ^; D3 j

上限值 5 j$ ]( Y. p8 K( q # g! l: a8 z6 Q. \7 P+ F

下限值 / s* Q. ~3 k+ y6 T

膨润土量不变 & b" R3 g, G7 k& E

为下周期作准备

减少膨润土量 / ~# |3 ^* w4 [  S' H- K: t$ | 8 X5 @% V6 S" }: M4 p

增加膨润土量 8 a6 P  k* Q' s% `

1 }! f7 q* p4 ]. y* [; B/ R
4 q6 S8 n7 L* C2 V, G7 M) H: G/ S3、RTC106工作流程说明：
: x0 D1 q* L- T' L" k( q2 b" S$ W4 eRTC的工作流程主要包含三部分：
1、第一次加水：在混砂机加砂后，RTC控制加水系统第一次加水。第一次加水量的确定方法是：1）在刚开机的时候或者停机后的再启动，加水量是按照混砂机的一次加砂量和紧实率设定一个经验值；2）完成一碾混砂后，将该碾的总加水量的80℅至90℅（具体值在现场设置）作为下一碾第一次的加水量。
/ [  \$ V7 [4 I, B7 g& {2、混制中型砂紧湿率的检测及修正：在第一次加水后RTC设定了一个混砂时间，该时间达到后RTC第一次取样检测紧实率，并将结果与目标值比较，如果测定值低于紧实率范围下限（即加水量不够），RTC进行水量计算并自动控制加水系统第二次加水，在混制一个设定的时间后RTC再次取样检测紧实率，如果紧实率仍未达到紧实率值的下限，RTC第三次加水。如果需要，RTC能够实现多次加水。但是综合考虑混砂机混砂质量和混砂效率的关系，RTC设定了最短和最长混砂时间（即为达到最短时间，紧实率合格也不能放砂；大于最长时间，紧实率不合格也要放砂）。如果型砂质量稳定，尤其是在旧砂进混砂机之前的预处理好，约60℅-75℅只需要两次加水就能够达到紧实率的要求，其余大部分也只需要三次加水(只有当旧砂预处理不好，同时对型砂的质量要求又很严格，RTC也能够进行四次以上的加水)，因此，经过RTC对混砂过程的检测与控制，既保证了型砂质量，又能够充分发挥混砂机的效率。当紧实率超过目标值上限（即加水量过大），RTC报警提示紧实率超标，该碾砂由现场技术人员决定如何处理,同时RTC能够自动调整下一碾的第一次加水量。
+ F# w- ~$ m( C6 K3、湿压强度的检测及修正：当RTC最后一次检测紧实率实后，同时要检测湿压强度，并将检测结果与目标值比较、计算，在下一个周期控制辅料加入系统对膨润土的加入量精确修正。
4、RTC106的特点：
2 O$ N+ ^# h' v) E1、根据旧砂实际温度和型砂输送距离对设定的紧实率值实时修正
5 w3 [5 [% Q/ ^3 r6 f! ~目前各种形式的型砂在线检测仪都是对设定紧实率值予以检测和控制。但是，我们知道，当砂温超过30℃的时候，型砂在输送过程中由于水分的蒸发必然带来紧实率的降低，因此，当型砂到达造型机的时候，已经不是造型机需要的紧实率了，尤其是在环境温度高的时候，这样的变化会很大的。同时，型砂输送距离的长短、转卸次数等因素对型砂紧实率的影响也绝对不能忽略。RTC106型砂在线检测仪一个显著的优点就是能够把检测到的每碾旧砂的温度、结合现场布置状况实时修正设定的紧实率值，并控制混砂机实现修正后的紧实率，从而真正保证型砂到达造型机的时候是符合造型需要的紧实率。从实际使用的结果来看，当砂温在35℃以上的时候，修正后的紧实率值与设定的紧实率值有不小的差异，由此看出修正是非常必要的。这种紧实率实时修正方法的取得是FONDARC公司的工程师在长期大量的实际应用中提炼出来的，也是RTC型砂在线检测仪24年来能够在同类产品中一直处于世界领先地位的重要标志。
2、紧实率检测精度的控制：对于紧实率的控制不是一个值而是一个范围，RTC在软件的设计中充分考虑了控制精度和混砂效率的关系（如加水量递减、检测值合格范围从严到宽递加等），从而能够有效的将约98℅的型砂的紧实率控制在±2的范围内，这样的检测精度是同类产品很难达到的。
3、调整和控制辅料的加入：RTC能够依据对型砂湿压强度的检测结果，在下一碾控制辅料系统完成辅料添加量的调整。湿压强度的控制精度与现在使用的称量系统的精度、膨润土的质量有很大的关系，如果这两个因素控制得好，精度可以控制在±5℅∽8℅。
5 e/ k# r7 a5 g  s) M5 S4、适应性强：RTC有两种形式的取样机构,能够适应各种形式的混砂机(底盘转动和不转动)，无论是新建还是改造，RTC都能够很方便的接入砂处理系统中。
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$ A8 P& N; U. B; h$ S' ~% jRTC106安装示意图
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5、统计、记录、管理功能强：不仅能够全面记录型砂混制过程中的有关原始数据，以便于工艺人员从多种角度进行统计分析，还能为生产主管提供型砂混制的生产记录。
6、有设备运行故障自动诊断功能：在RTC106的软件中安装了设备运行故障自动诊断系统，能为设备管理人员提供设备运行、故障记录，以及设备故障的诊断，极大地方便了设备使用和管理者。这个功能是绝大部分型砂在线检测仪所不具备的。
5、使用RTC106能达到的效果：
1、保证型砂质量得到稳定的控制，减少因废砂造成铸件的报废。
9 u" n1 h- S+ f+ M9 @2、通过消除因废砂而导致的生产停顿，提高了混砂效率，并有效提高造型机的利用率。
3、因为工序能自动进行而毋需操作者持久跟踪，型砂设备操作成本显著减少。
2 \' U/ J( V$ v4 T4、能持久的记录型砂数据和设备运行记录，可形成准确的过程分析。
6、RTC106的构成:
包括四个部分：1)取样机构2)加水系统3)机械气动机构4)PC控制系统(含电脑)。
7、RTC106的控制原理简图
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9 @- L5 o  b3 d. Y/ D8、常州市法迪尔克粘土砂铸造机械有限公司RTC106部分应用实例（国内部分用户）：

序号	Customer name ( 客户名称) & h+ N2 J3 K2 J6 Q0 m1 V	Location (地点)	Type of equipment (设备型号)	Quantity   s% g% M5 m5 |/ h  Z% U (数量) 1 }0 q. |) M5 [$ V4 X	Molding line 配套造型线 4 Z5 K7 C3 U0 K
1	Xinglong (Taiwan) . i, h8 n+ ^4 }$ G" B. y5 K- U 福州新隆机械(台资)	Fuzhou city, Fujian Province 福建省福州市 ! w- M) Y3 K4 `/ Y3 ?	RTC106 ; r/ |( N, }: P. Q: i  l: K9 ]9 x	2	Hunter 1 N! o) G5 `3 @- Q; J/ [! { 亨特线
2 ) v: n" P! D4 @! F5 K	Chaohu foundry co.,ltd 安徽巢湖铸造总厂 6 S9 X1 m9 a$ A, _, e4 n' b	Chaohu city, Anhui Province ' x+ x; c% z/ z  g" y7 r 安徽省巢湖市 , T- z: H8 L% K( k	RTC106	1 , R" v8 D$ R1 ?! G+ J6 A) v  s	NANIWA 浪速
3 1 E& a7 k& e9 \  Z	Ruimeng（Japan） # ?/ \  A( Z4 }, L: C 常州瑞盟增压器精密铸造有限公司（日资） / ^/ Z  A. O: a6 S; Y) p	Changzhou city, Jiangsu Province 江苏省常州市 * a5 k- m$ p9 ^0 D) |5 j	RTC106	1	KOYO 光阳 1 y; \! ^7 {+ E! X8 s
4	LAI’EN pump Co.,ltd(Sino-American) 2 {6 P! B  t% E- G' J3 c8 t0 g& d 莱恩泵业(中美)	Ningguo city, Anhui Province 1 E# U# \% g0 Z' e- Q/ W 安徽省宁国市 $ e2 Z' P1 H$ X# V$ o$ e	RTC106 # s1 _# E2 {) d( z0 `/ T	1	Hunter ) x: `- N# M) g0 F+ k2 a! Q 亨特线 + b  S$ ]& l0 q
5 1 |, k! o# T  X( M$ x! E	Liyang Golden bridge machinery co.,ltd（G.M） 溧阳金桥机械有限公司（上海通用）	Changzhou city, Jiangsu Province 江苏省常州市 , d9 ^  E( I  S' \	RTC106 1 S% D% F; z. g+ O0 e4 ~+ _" s	1 ! `8 z  z0 P9 P! ]( @& a	DISA 迪砂线
6	CHANGCHAI group 1 Z0 y' I7 ]4 g/ n0 n9 D* n 常柴集团	Changzhou city, Jiangsu Province 1 X0 ~3 p# O3 ~: n9 l; s 江苏省常州市	RTC106 1 y8 c# L) V! w, x+ z9 {	3 ( w; s  b, V& H9 y" _- J% _	G+F
7 4 W7 c9 H" D% ~; j4 @& ~- F" s	Luda parts of car MFG co.,ltd 莱州鲁达轿车配件制造有限公司 & S4 q& [, g# i5 r6 J/ o9 l3 }	Laizhou city, Shandong Province " T7 q; l+ S& t$ D 山东省莱州市	RTC103	1	苏州 & }7 U, r/ |. H$ d 静压线 # K# E* I+ E& X% F: n6 ~$ ]$ B& ^
8	Meide foundry 2 v$ a( j3 E9 l0 v 济南玫德铸造有限公司 1 C; c# F( t  {8 T* u- T1 x	Ji’nan city, Shandong Province 4 D% o9 M6 I0 v0 S' M) u 山东省济南市	RTC106 ) C3 l' p- y; P9 N	1 1 \/ V4 S3 g' I3 T. c9 ?" X	DISA $ s# d3 `- c- W& L: m 迪砂线 % X; q: W" f$ H4 i- ^' R
9 ; P$ u7 i, Z3 `; M	Fuzhou dingli machinery co.,ltd * q; A# a# u, n( H 福州鼎力机械有限公司 ( `$ }, S2 m6 `	Fuqing city, Fujian Province $ H$ T2 Q+ A  Q4 C 福建省福清市 9 u+ T) o5 r) w  d( e  @	RTC106	1 8 E8 O1 c) k1 P0 v1 i3 c* Q  @4 D	Hunter 3 D, K8 _9 a0 C 亨特线 6 p/ D6 L; A$ q- \* K. K: a, n0 g

1 Z' U7 C* \2 [$ s  C9、常州市法迪尔克粘土砂铸造机械有限公司RTC106部分应用实例（国外部分用户）：
! h& z4 q% |8 U' d

序号	Customer name 2 s; O1 m! |3 ~ ( 客户名称) 3 ^8 t& V2 ^5 x! o8 Z2 M9 p' t! h	Country ; ]' e' J' i3 }4 X; c (国家) 4 Q0 _" ~4 o/ Y7 F, B	Type of equipment 3 y: B5 K$ V  M$ F2 h (设备型号) 0 F- X2 G% x# f0 I	Quantity (数量)
1 5 _5 l: t/ _( G1 g5 Z* N	SACCHETTI	ITALY 7 S. t0 z' C* ?1 ^# d; Y9 v/ e （意大利） 4 v5 a3 L2 A& \  w	RTC106	1
2	TEKSID (Brazil) co.,ltd （泰克西巴西公司） 1 d6 h3 |3 Q2 Z4 n	Brazil （巴西）	RTC106	5 ) a0 f( V6 @* H$ |% W+ p: e1 ?3 n4 ]! {$ I
3   z3 ^2 ^) _( p6 {* l0 L5 K	TEKSID (Mexico) ) f4 E5 A4 X. _9 S- E （泰克西墨西哥公司）	Mexico 1 Y+ Q# D7 ^) e* C" e# J （墨西哥） 6 z0 I6 y! {5 y9 \: D' p	RTC106	1 : |, l: W: x8 S2 S- b
4	CHULTZ	Brazil - r) b) ~  m. D （巴西）	RTC106	1 * p7 U8 J' a, o3 a+ H+ x: \
5	SCHLUMBERGER 6 c% w4 m* V- H3 j. u# q	France 5 \$ I( j% B% M, R （法国） ' S% L$ C, z- u) q- N+ b% j8 R	RTC106 & [8 e: @% H, w5 e	1
6 ( ~- h3 z, ?2 i+ B	LOVOISIER , c1 V9 o. Y6 L# l	France 4 E- F( \: J& y$ f( \, u （法国）	RTC106 ; Q3 G+ c- [* y. q# ~1 L% A	1
7 & c; _% B* u, \	DATEC 1 & _% f3 C4 m' `* o	Algeria （阿尔及利亚） 2 T: ~0 Z, W7 [  Z% |2 |' W2 f' j	RTC106	1

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