DCS 在铁型覆砂铸造生产线上的应用

收藏 打印 发给朋友 发布者：刘嘉鑫 韩继磊 王大威

热度0票  浏览30次 时间：2021年11月11日 14:59

(承德北雁新材料科技有限公司，河北 承德 068450)

摘 要：DCS 系统在铁型覆砂铸造生产线中的有效应用，不仅能够提高铸造生产线的实际生产效率，还能够在节约成本的同时为生产企业带去较高的经济利润。因此相关企业要想实现自身更加长远的发展，就必须要对 DCS 系统在铁型覆砂铸造生产线上的应用提起重视，基于此，本文将针对铁型覆砂铸造生产线中 DCS 系统的应用进行了详细的研究。

关键词：DCS；铁型覆砂铸造；生产线；应用

铁型覆砂铸造是在金属型内腔覆上一薄层型砂而形成铸型的一种铸造工艺。由于覆砂层比较薄，因此采用比较贵的高质量造型材料，在经济上也是合理的，其结果是使铸件质量大大改善和废品显著减少；由于铁型覆砂铸型刚度很好，从而显著地提高了铸件的尺寸精度和致密性。下文将针对 DCS 系统在铁型覆砂铸造生产线中的实际应用展开详细的分析。

1 DCS 概述

DCS 又称分散控制系统，它是以微处理器为基础，采用控制功能分散、显示操作集中、兼顾分而自治和综合协调的设计原则的新一代仪表控制系统。集散控制系统简称 DCS，也可直译为“分散控制系统”

或“分布式计算机控制系统”。

它采用控制分散、操作和管理集中的基本设计思想，采用多层分级、合作自治的结构形式。其主要特征是它的集中管理和分散控制。

目前 DCS 在电力、冶金、石化等各行各业都获得了极其广泛的应用。

2 铁型覆砂铸造原理

铁型覆砂铸造是在金属型内腔覆上一层薄砂，形成高强度型腔的铸造方法。覆砂造型一般采用热固化的成品覆膜砂，模型需要电加热，加热温度在 200~250℃，铁型温度来自于浇注后的余热。其工艺特点为：

通过对铁型的重量、壁厚及覆砂层厚度合理地设计，调节铸件各个部位的冷却速度，创建最佳的凝固顺序，从而提高铸件的质量。在铸件凝固过程中，随着铸件温度下降，覆砂层和铁型的温度都会逐步上升。

当覆砂层的厚度超过某一厚度以后，铁型对于铸件冷速度的影响将会降到很低，相当于壳型铸造；如果覆砂层厚度很薄，就接近于金属型铸造。

3 铁型覆砂铸造的热交换特点

液态金属浇入覆砂铁型以后，随即发生两个过程：液态金属的温度不断下降；覆砂层和铁型的温度上升。覆砂层在正常的厚度之内，铸件的冷却速度随着覆砂层厚度的减少而增大。当覆砂层的厚度超过某一厚度以后，铁型对铸件冷却已不产生影响，这时就相当于普通的砂型铸造或树脂砂型铸造。如覆砂层厚度太薄，就相当于金属型铸造了。铁型覆砂铸造用于生产各种不同铸件时，一般是通过试验或经验类比及计算机凝固模拟，以确定不同的覆砂层厚度和铁型厚度来控制铸件的凝固速度，从而获得优质的无冒口铸态球铁，其主要原因：

（1）覆砂层有效地调节了铸件的冷却速度，一方面使铸件不易出现白口，另一方面又使冷却速度大于砂型铸造。当铁液浇入覆砂铁型后，经 8min 铸件温度降到 930℃左右，而砂型要降到同样温度，就需要 24min，冷却速度提高了三倍左右，其结果使铸件的力学性能显著提高。

（2）铁型无退让性，但很薄的覆砂层却能适当减小铸型的收缩阻力；而铁型所具有的刚性，又有效地转变了球铁在凝固过程中的石墨化膨胀方向，型腔由向外膨胀变为向铸件内膨胀，因而有利于实现无冒口铸造；由于覆砂层薄，型腔不易变形，铸件精度比砂型铸件大为提高；此外，覆砂层的存在也提高了铁型的使用寿命和降低其制造成本。

4 DCS 与铁型覆砂铸造生产线

集散控制系统，简称 DCS，也可直译为“分散控制系统”或“分布式计算机控制系统”。它采用控制分散、操作和管理集中的基本设计思想，以及多层分级、合作自治的结构形式，其中：（1）代表各类手控开关信号，传感器及部分器件反馈信号等；（2）代表继电器，变频器及部分直接输出电磁阀等；（3）代表执行机构，如电机、气缸、油缸等。主要特征是集中管理和分散控制，具有分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便等优势。铁型覆砂铸造生产线是由若干工序单元及输送装置组成的，每个工序单元都是独立的，这些工序单元都对砂箱进行控制。总的来说，每个单元独立由一台 PLC 控制所有的动作，相连的工序单元、输送装置等之间的控制通过到位信号的输入、输出连接，且每个工序单元都是由通讯线连接，上位机对所有工序单元动作组态、监控，此生产线的控制方式符合集散控制原理。

5 生产线控制的实施方案

（1）手动控制：对铁型覆膜砂生产线的设备采用 DCS 的分散控制，上位机集中监控，铁型覆砂铸造生产线的各个设备可以相对独立的控制运行。例如控制造型机，在造型机控制箱上选择手动时，造型机 PLC编程模块的 MAIN 模块调用了子编程模块里的造型机手动控制程序，可以对造型机进行操作：造型机推箱夹紧则气缸夹紧，造型机挡箱放开，造型机推箱则气缸推箱，造型机推箱夹紧则气缸夹紧放开，造型机推箱则气缸回，造型机进出工位进箱，造型机上升，造型机射砂，造型机固化，造型机下降，造型机进出工位出箱等一系列动作。造型机相对其它设备独立控制运行，它只是完成整个控制系统中的分目标，那么生产线上的其它设备亦如造型机一样控制，它们单台控制完成都是整个系统的分目标，在各个设备完成分目标后，整个系统的目标才完成。在这种控制方式中，各个子模块的输出、输入信号及系统信号相互关联，分散控制的时序可以是同步的，也可以在某种相对的情况下异步，这种控制在铁型覆膜砂线上砂箱数量相对较少的情况下使用，如试生产、小批量生产等。

（2）自动控制：对铁型覆膜砂生产线的设备采用 DCS 的集中操作，上位机集中监控，造型机 PLC 编程模块的 MAIN 模块调用子编程模块里的造型机自动控制程序，主要是在一个工序内，且间距相对小的所有设备集中在一起同步操作运行。例如出铸件工位，此工位设备有开箱移箱机、开箱机、出铸件机、翻箱机等，当出铸件工位的所有设备在初始状态选择自动时，开箱移箱机开始自动移箱，开箱机开始开箱，出铸件机开始取铸件，翻箱机开始翻转，设备同时输送砂箱到设备里，砂箱同时在设备里工作，设备与设备之间相互联系，所有设备在完成一个周期后继续下一个周期。其它工位有造型合箱工位、清理砂箱工位、浇注工位等，用集中操作控制，使每个工位的几台设备刚性连在一起，控制稳定、简单，工序节拍快捷，挡箱机构和满箱信号减少一半，设备利用率较高、维护简单，操作人员少，利于大批量生产。

（3）DCS 分级管理在铁型覆膜砂生产线上的应用，主要为顶层由上位机总的监控，二层由 PLC 模块控制，三层为具体执行，分别对应过程级、操作级和管理级，配置灵活、组态方便。在生产中，上位机监控生产线上所有设备的运行状态、故障状态，记录模具温度、产品数量、砂箱温度等，对不同种类产品过程中的生产要求数据进行记录，更好地对产品的生产过程进行控制。

6 结束语

综上所述，将 DCS 引入到铁型覆砂铸造机械化自动化生产线中，不仅能够简化控制系统，还能够在节约制作成本的同时大大降低了生产线的运行成本，并提高生产线的生产效率。DCS 技术在铸造生产线中的有效应用，对于提升铸造业的装备水平，以及铁型覆砂铸造技术的推广应用有着积极的促进作用。

参考文献：

[1]洪华泽，夏小江，潘东杰.铁型覆砂铸造生产线的自动控制系统[J].

现代铸铁，2018，38(02)：40-43.

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