CN102303109B

CN102303109B - 压铸机脱模剂自动配比节能器

Info

Publication number: CN102303109B
Application number: CN 201110254000
Authority: CN
Inventors: 韩西昌; 崔荣
Original assignee: Chongqing Yixienzhen Energy-Saving Electric Power Equipment Co ltd
Current assignee: Chongqing Yixienzhen Energy-Saving Electric Power Equipment Co ltd
Priority date: 2011-08-31
Filing date: 2011-08-31
Publication date: 2013-01-23
Anticipated expiration: 2031-08-31
Also published as: CN102303109A

Abstract

本发明涉及一种自动化和控制精度较高的压铸机脱模剂自动配比节能器，包括液位传感器、流量传感器、压力传感器、电能变送器、液位模块、流量模块、压力模块、电能模块、原有***反馈、HMI监控***、通信模块、输入接口、中央处理器、变频器通讯数据、输出接口、变频器Ⅰ、变频器Ⅱ、比例阀和外部执行单元。流量传感器、液位传感器、压力传感器对脱模剂原料流量、水流量、脱模剂配料池液位以及配料泵总管上的压力的实时采集，由中央处理器处理调节后，据由执行单元精确执行。本发明具有节省脱模剂原料提高压铸机生产效率、节省电能、减少污染、使生产管理的自动化、减少对国家电网的冲击等特点。

Description

压铸机脱模剂自动配比节能器

技术领域

本发明涉及脱模剂配比以及配料输送自动化节能控制技术和自动节能的节电器。

背景技术

压铸机脱模剂配料和输送***中，采用人工调和脱模剂比例的方式使得脱模剂配料不能满足各种铸件的需求，使得压铸机压件的合格率受到很大影响。同时，为了满足铸件能顺利脱模，必然会人为加大脱模剂原料用量。使之造成很大的原料和水的浪费。另外脱模剂配料输送泵是按着最大使用量和最远设备压力需求来设计的，而现场的设备运行情况却时刻在变化，需求的脱模剂配料也随着现场的压铸机的工作情况而变化。这就形成两部分的富裕量（设计富裕量和使用中的富裕量）。脱模剂配比***导致原料浪费、能耗增加、维护量加大诸多。而只用变频技术，则达不到高精度的需求。同时也无法对能耗进行有效、实时计量。

发明内容

本发明的目的是提供一种提高生产铸件的合格率，减少员工劳动强度，减少脱模剂原料使用量，减少水的使用量，减少电量，减少维护费用的节能器。

为了实现上述目的本发明采用如下技术方案：

压铸机脱模剂自动配比节能器包括液位传感器、流量传感器、压力传感器、电能变送器、液位模块、流量模块、压力模块、电能模块、原有***反馈、HMI监控***、通信模块、输入接口、中央处理器、变频器通讯数据接口、输出接口电路、变频器Ⅰ、变频器Ⅱ、比例阀和外部执行单元。

其中，液位传感器采集液位高度信号通过液位模块从输入接口输入中央处理器，流量传感器采集流量信号Q通过流量模块从输入接口输入中央处理器，压力传感器采集压力信号P通过压力模块从输入接口输入中央处理器，电能变送器采集的信号通过电能模块从输入接口输入中央处理器，反馈数据通过原有***反馈从输入接口输入中央处理器；中央处理器通过输出接口电路控制比例阀。

所述HMI监控***用带屏蔽的双绞线连接通信模块，与中央处理器以RS232端口进行通信；中央处理器通过变频器通讯数据接口以RS485端口与变频器Ⅰ及变频器Ⅱ连接并采用标准MODBUS通讯协议进行通信;

所述变频器Ⅰ及变频器Ⅱ根据输入信号调节输出频率来调节与其连接的脱模剂配料泵和脱模剂原料泵的转速；通过配比数据和流量数据，由中央处理器控制外部执行单元比例阀实现和脱模剂原料匹配的流量输出。

所述外部执行单元包括由断路器、电抗器、滤波器、变频器、接触器构成的执行回路。

中央处理器控制连接脱模剂配料泵和脱模剂原料泵的外部执行单元以工频方式工作还是以变频方式工作，实现互锁功能。

本发明的优点是：

1、节省脱模剂原料，由于压铸机不同模具压铸的件不一样，使用的脱模剂原料与水的比例也不一样，之前靠人工粗略的最大化的调配。本发明可以达到节省脱模剂原料20％以上。

2、提高压铸机生产效率，通过精确的配比后。压铸机的铸件能完全脱模，且铸件表面光滑。成品合格率在99％以上。

3、节省电能，使用压铸机脱模剂自动配比节能器后，一改以往最大压力输送脱模配料的工况。实现了根据现场压力需求来自动调节输送泵的运转速度。并且保持需用末端的压力不变。以此方式节省的能量在35％以上。

4、生产管理的自动化，通过本发明的投入运行，除了对自身的监控管理外，还实现了对生产的有效管理。自身的监控管理是对节能器中各种元器件的运行状况实时检测查询，实现自我诊断、自我保护、故障报警。生产管理，本发明能把采集的生产数据进行分析、存储、打印。通过网页发布的方式上传到生产管理中心。为生产和管理提供可靠的分析依据。更好的实现了生产效率的提高和生产效益的提高。而且减少了维护成本。

5、减少对国家电网的冲击，设备以平滑、线性方式实现设备的启动，减少对电网的冲击。

6、减少劳动强度，本发明改变以往的劳动作业方式，通过在HMI监控***上实现对脱模剂配料的精确控制，无需人工参与。减少故障排查时间和设备的维护费用，完善的故障检测和保护功能节能器有高低液位保护、高低流量保护、高低压力保护；电源电压过压保护、欠压保护、过流保护、短路保护、缺相保护，使得作业人员能根据HMI监控***快速排查故障、处理故障。

7、减少污染，本发明在对脱模剂原料节省的同时，也减少了脱模剂原料使用后的污水排放。

8、本发明节能器适用范围广，不仅适用于压铸机脱模剂配料自动配比***，而且适用于所有流体的配料。

附图说明

本发明可以通过附图给出的非限定性实施事例进一步说明。

图1为本发明结构图；

图2为本发明的执行元件（脱模剂配料***）连接图；

图3为本发明的执行元件（脱模剂原料***）连接图；

图4为本发明的远程操作图；

图5为本发明的近程操作图；

图6为本发明的通讯单元接线图。

具体实施方式

下面结合附图做进一步说明。

参见图1，压铸机脱模剂自动配比节能器包括液位传感器、流量传感器、压力传感器、电能变送器、液位模块1、流量模块2、压力模块3、电能模块4、原有***反馈5、HMI监控***6、通信模块7、输入接口8、中央处理器9、变频器通讯数据接口10、输出接口电路11、变频器Ⅰ12、变频器Ⅱ13、比例阀14和外部执行单元。其中，液位传感器采集液位高度信号通过液位模块1从输入接口8输入中央处理器9，流量传感器采集流量信号Q通过流量模块2从输入接口8输入中央处理器9，压力传感器采集压力信号P通过压力模块3从输入接口8输入中央处理器9，电能变送器采集的信号通过电能模块4从输入接口8输入中央处理器9，反馈数据通过原有***反馈5从输入接口8输入中央处理器9；中央处理器9通过输出接口电路11控制比例阀14。

所述HMI监控***6用带屏蔽的双绞线连接通信模块7，与中央处理器9以RS232端口进行通信；中央处理器9通过变频器通讯数据接口10以RS485端口与变频器Ⅰ12及变频器Ⅱ13连接并采用标准MODBUS通讯协议进行通信。所述变频器Ⅰ12及变频器Ⅱ13根据输入信号调节输出频率来调节与其连接的脱模剂配料泵和脱模剂原料泵的转速。通过配比数据和流量数据，由中央处理器9控制外部执行单元比例阀14实现和脱模剂原料匹配的流量输出。

流量传感器、液位传感器、压力传感器对脱模剂原料流量、水流量、脱模剂配料池液位以及配料泵总管上的压力的实时采集，中央处理器9对采集的数据和HMI监控***6上设定的数据进行分析、比较及多重PID计算，再由变频器通讯数据接口10将变频器的运行数据和PLC中央处理器9数据进行相互交换。然后由执行单元按照数据处理单元输出的运行数据精确执行。最后通过HMI监控***的监控软件和触摸屏，把所要控制的数据和节电数据直观、柔和反映出来。

PLC脉冲输入端I0.0接流量变送器的脉冲输入信号。I0.1至I3.2接所有控制的数字量输入信号。4－20MA电流信号的模拟输入AI1至AI7为本发明的压力输入信号、流量输入信号、液位输入信号以及比例阀的开度反馈信号。输出端的接线中，数字输出范围是Q0.0至Q1.8，为本发明的开关量输出，用于控制***的启停、通断、互锁。模拟信号输出范围是AQ0至AQ3，用于作为模拟数据输出，控制脱模剂原料泵变频器Ⅱ13、脱模剂配料变频器Ⅰ12、给水比例阀14。通讯端口的连接如下：端口一（PORT1）用于连接脱模剂原料变频器Ⅱ13和脱模剂配料变频器Ⅰ12，采用RS485通讯协议和物理连接线以RS232端口为连接头，进行以PLC为主站，变频器为从站的方式通信；端口二（PORT2），用于连接HMI监控***6，两者同样以RS485的通讯协议和带屏蔽的双绞线的物理连接进行通信。

PLC的输入、输出连接表格为：

本发明在配料时，采用手动或自动的方式，手动配比时，保持原有人工配料的控制模式或操作模式。自动时，则根据一系列的数据自动采集和现场压铸机模具使用型号进行自动配料。自动压力、流量调节，始终保持现场供给压力的恒定。在选择手动时，脱模剂配料泵采用的是原有工频运行方式，和自动运行模式是互为备用，互为连锁的关系,通过数字输入点I1.2和I1.3以及I0.2和I0.3的动作信号来实现。“***复位I1.5”输入点是作为故障保护和故障处理完成后的初始化用。

本发明在数据交换上皆通过高速通讯传输方式来实现。PLC中央处理器9、变频器及HMI监控***6与远程客户机实现的通讯传输方式为：

通讯一，为PLC主站，数据通讯格式为标准MODBUS通讯协议格式。在PLC中央处理器9上做通讯程序实现对两台变频器的通信。设置的波特率为19.2KBPS，脱模剂原料泵变频器为1号站，脱模剂配料泵变频器为2号站。设置的校验为偶校验，8数据位，1为停止位。PLC主站采用广播方式实现数据交互。主要是对两个变频器的运行频率、运行电流、运行电压、运行时间以及运行的故障信号进行读取，对变频器要运行的频率，要运行的加速时间、减速时间、频率上下限、启停、以及过载量进行给定。

通讯二，PLC中央处理器9和HMI监控***6通信，两者的通信是互为主站的方式进行数据交换。PLC中央处理器9端的通讯连接口为PORT1口，端口的设置为默认设置。HMI端，RS485转RS232串口的转换器连接到电脑的RS232端。电脑端口的通信速率必须和PLC中央处理器9端一致，采用9600KBP速率。采用的监控***软件上也必须设置为相同的连接速率和对应的连接串口。

本发明的执行单元参见图2、图3，由接触器、中间继电器、隔离变压器、变频器上下端连接的电抗器、断路器、比例阀、柱塞泵组成。具体的连接由三部分组成，脱模剂原料泵部分、脱模剂清水比例阀部分、脱模剂配料泵部分。脱模剂原料泵变频部分，通过外部电源A、B、C三相380V交流电源输入端连接断路器QF1、交流接触器KM1、滤波器ACL1、变频器电源输入端（R、S、T）、变频器输出端（U、V、W）、电抗器AL1、交流接触器KM2、变频柱塞泵。该部分主要通过对柱塞泵的流量控制来实现对脱模剂原料的给定。达到所控制的比例目标，精度的控制着重在于采用多重PID控制，运用精度很高的质量流量计作为数据反馈依据。脱模剂配料泵部分，连接结构和脱模剂原料泵一样，只是反馈的数据为压力数据。实现压力的恒压控制的目的。在变频器输出端装置电抗器的主要目的是为了减少高次电流谐波对电机的冲击，以及减少高频载波对电机噪音。而在变频器上端安装滤波器的目的，主要是减少变频器产生的谐波对电网的影响和高次载波对其他设备的干扰。脱模剂水比例阀则是通过反馈脱模剂原料流量和脱模剂配料比例来实现水的给定和控制的。该部分采用在出水管上安装电磁流量计来对水进行计量和反馈。通过PLC控制后，其精度达到需用标准。

所述HMI监控***6由动态的可视化界面组成，以模拟现场的控制对象和设备分布来直观、形象、柔和地反应实际的控制对象，并分析该节能器的能耗，形成一套完整的能源管理***。

本发明的保护部分，该节能器的自身保护，由于变频器具有多种保护功能（过流、过压、短路、缺相、对地、三相平衡保护），以此构成了完善的保护功能，另加原有控制和现有节能器的各种互锁，以及程序软件的各种保护，形成了一套完整的保护体系，从控制线路的断线、元器件的损坏、到控制的压力、流量、给定的比例异常变化等等，都能从监控***上已语音和文字的方式进行报警提示。同时还在节能器上安装有声光报警器。当报警的级别达到严重级别时，节能器将自动锁定停机。必须等故障排除，通过HMI监控***6确认或节能器上的复位按钮动作后，才投入运行。

本发明的节电原理，节能的主要渠道是节省富裕量。一个是设备静态富裕量，另一个是设备动态富裕量。静态富裕量是设备配置功率和实际所需功率的差值。动态富裕量则是设备所需最大功率功率和实际运行的动态负载之差值。本发明综合应用了智能数据采集技术、智能数据处理技术、PLC控制技术、电机参数自测技术、变频控制技术，人机会话技术以及节电控制程序。实现动态预测、提前调整、同步优化，最终调节脱模剂供给***的压力、流量、脱模剂配比等参数。保证现场设备所需脱模剂配比的准确性和末端压铸机设备对压力、流量的要求。

压铸机脱模剂自动配比节能器的节能分三个方面，一是脱模剂配料泵电能的节省，二是对脱模剂原料以及水的节省，三是对该部分设备的生产、管理节省。电能节省的判定依据是在节能器的电源输入端安装有功电度表或/和通过HMI监控***6上的能量分析表来确定，节省电量的参数是以节电率的方式实现。具体计算公司为：电量节电率＝（原运行有功电量－节电器的有功电量）/原运行有功电量×100％。两者运行的条件必须一致，即要求投入运行的时间一致，现场生产量相同，现场需求的脱模剂配料压力相同。通过数据对比，产生的节电率为35％以上。脱模剂原料和水用量的比较，在脱模剂原料泵的出口端安装水表，在总水管上的比例阀出口端安装水表。分别按着节省电量的计算公式和运行条件来对比，节省脱模剂原料比率和节省水的比率都在25%以上。通过节能器的自动化控制，降低了工作人员的劳动强度，提高了现场压铸机生产的效率和质量，通过监控***的数据存储和数据分析提高了整个生产管理的效率或/和生产管理方式。

本实用发明达到的有益效果有：

实现脱模剂原料和水的自动配比，水和脱模剂原料配料范围在1：1至150：1水高精度配料,精度偏差为±1。

工频/变频的选择实现了节能器与原有控制器形成互为备用、互为连锁。

具有完善的保护功能，具有短路保护、过载保护、接地保护、防雷保护、缺相保护、线路保护等保护。

根据现场工艺运行情况自动调整输出，实现最优化节能。

节能器的适用范围广，除了适用脱模剂配比外，还适用于所有流体配料的场所。只是在传感器和相应的PID参数以及模糊控制数学模型上选择不同而已。

本发明采用的是传感器信号分散采集，集中处理的方式。实现了所有数据的可靠采集和可靠交汇。采集信号全部通过光电隔离，保证了数据的真实采集和远距离传输。

本发明是以PLC为控制核心，以通信方式去控制变频器和比例阀。实现快速同步的数据交换。满足控制精度和工艺要求。

人机界面和远程监控***形成了可靠的人机会话，使相应的工艺能及时得以调整。同时相应的数据通过WEB的方式发布到远端客户机。为管理提供了可靠的信息平台。

本发明涉及电能质量的优化，能提高设备功率因数。使之把原有功率因数0.6提高到0.95以上。很大程度上减少了电缆线损。同时也提高了变压器的有功使用容量。节能器通过安装电抗器和滤波器，彻底改变了变频器谐波、高频干扰的不良影响。使之达到国家电网谐波规定值以下。

Claims

1. 一种压铸机脱模剂自动配比节能器，其特征在于：包括液位传感器、流量传感器、压力传感器、电能变送器、以及所对应的液位模块（1）、流量模块（2）、压力模块（3）、电能模块（4）、原有***反馈（5）、HMI监控***（6）、通信模块（7）、输入接口（8）、中央处理器（9）、变频器通讯数据接口（10）、输出接口电路（11）、变频器Ⅰ(12)、变频器Ⅱ（13）、比例阀（14）和外部执行单元；

其中，液位传感器采集液位高度信号通过液位模块（1）从输入接口（8）输入中央处理器（9），流量传感器采集流量信号Q通过流量模块（2）从输入接口（8）输入中央处理器（9），压力传感器采集压力信号P通过压力模块（3）从输入接口（8）输入中央处理器（9），电能变送器采集的信号通过电能模块（4）从输入接口（8）输入中央处理器（9），反馈数据通过原有***反馈（5）从输入接口（8）输入中央处理器（9）；中央处理器（9）通过输出接口电路（11）控制比例阀（14）；

所述HMI监控***（6）用带屏蔽的双绞线连接通信模块（7），与中央处理器（9）以RS232端口进行通信；中央处理器（9）通过变频器通讯数据接口（10）以RS485端口与变频器Ⅰ(12)及变频器Ⅱ（13）连接并采用标准MODBUS通讯协议进行通信;

所述变频器Ⅰ(12)及变频器Ⅱ（13）根据输入信号调节输出频率来调节与其连接的脱模剂配料泵和脱模剂原料泵的转速；通过配比数据和流量数据，由中央处理器（9）控制外部执行单元及比例阀（14）实现和脱模剂原料匹配的流量输出。

2.根据权利要求1 所述压铸机脱模剂自动配比节能器，其特征在于：所述外部执行单元包括由断路器、电抗器、滤波器、变频器、接触器构成的执行回路。

3.根据权利要求1 所述压铸机脱模剂自动配比节能器，其特征在于：中央处理器（9）控制所述外部执行单元以工频方式工作还是以变频方式工作。