铸造工厂老旧制芯机电控系统升级改造

1调查、分析

1.1存在问题

制芯车间的一台8640射芯机（设备编号：15#）为苏州铸造机械有限公司生产的制芯机，于1998年投产，至今已20多年时间，为车间生产重要设备。设备存在如下问题：

1）该设备的操作方式为操作台控制，全部采用按钮操作，操作较为繁琐，且设备原设计无状态显示、无工艺参数锁定等功能，操作不直观，重要的工艺参数无法可靠实现和显示。对生产效率和质量控制造成一定的难度。

2）由于设备使用年限较长，设备电气元件及线路老化，电气系统故障较多。该设备的控制系统使用的是PLC集中控制，输入输出点位较多，出现故障时不能直观显示，需要参照PLC输入输出接线图、梯形图和PLC上的指示灯，逐一进行排查，没有直观的逻辑关系显示，关键的故障点不容易，再加上维修工技能高低不一，造成故障排查和维修时间较长，经常影响正常生产，设备生产效率较低。

3）设备控制核心为PLC控制，采用的是三菱F1老型可编程控制器，目前该PLC已经停产，市场上已无备件可用，存在一旦PLC老化损坏后无备件可用的窘况。

1.2原因分析

设备存在以上三方面问题主要原因可总结为：

1）设备为九十年代产品，自身的设计缺陷导致设备操作性不良，人机交互界面差，故障维修耗时较长。重要工艺参数（如：射砂时间、固化时间）无法可视化显示，操作者、管理者无法快速对工艺的执行进行检查确认，加大了质量控制难度。

2）设备技术水平的不断升级换代，目前采用的老式PLC已为市场淘汰产品，备件无法准备，存在设备故障后无备件可用的问题。

3）设备使用年限长（20年），电气系统存在老化现象，故障频繁，影响生产效率，且部件老化陈旧造成设备外观形象不良。

1.3对策措施

通过现状调查和原因分析，具体的对策措施如下：

1）原设计的操作台全部采用按钮控制，按钮控制的问题是：线路较多、操作面板较大、操作台占地面积大。针对按钮控制存在的问题可利用目前先进的触摸屏技术，用触摸屏替代按钮操作。

2）系统原来的可编程控制器（PLC）为三菱F1系列产品，为80年代产品，目前已经停产，无备件可用。针对老型产品存在的问题，需对PLC进行升级改造，采用三菱通用的FX2N系列产品，升级替代老型产品，根本上解决PLC老化问题。

3）电控系统控制线路使用20多年，线路老化破损问题严重，控制柜、操作箱线路凌乱。对设备控制线路（含PLC控制线路、加热控制线路、电磁阀接近开关线路）全部进行更换，优化改进部分不合理、故障集中的部位（如加热温控线路、电磁阀线路）。

4）通过增设触摸屏和改进PLC，电控系统硬件升级后，再完善升级触摸屏及PLC相关的软件功能，增加设备状态现状、工艺参数设置、故障提示及手动操作等功能，完善设备功能。

2备件选型技术分析

2.1触摸屏的选择

目前市面上的触摸屏可选较多，对各种触摸屏作如下比较：⑴、西门子触摸屏为市场上的高端产品，屏显分辨率高、但其对编程器的配置和系统软件要求较高，价格较高。⑵、低端的产品为维纶通、昆仑等系列产品，价格低、编程方便但其系统的兼容性和稳定性一般。⑶、中端产品为三菱、欧姆龙系列产品，其性价比较高，考虑到设备的PLC也为三菱的控制系统，从兼容性和稳定性方面考虑，本次改造选用三菱的触摸屏，最终综合考虑，选用了三菱的GS2110-WTBD型触摸屏（10寸屏）。

2.2可编程控制器的选择

设备原系统采用的三菱F1系列PLC系统，主要配置为：1台F1-80MR型的PLC，2台F1-16EX型的输入扩展模块，1台F1-8EYR输出模块。本项目考虑对系统进行升级改造，为保证运行的稳定性和后期维修方便性、通用性，PLC系统采用三菱主流的FX2N系列产品，采用1台FX2N-80MR型PLC，2台FX2N-16EX型的输入扩展模块，1台FX2N-8EYR输出模块。

2.3其他

⑴软件：硬件设施准备到位后，需准备相应的软件进行编程、系统组态、输入程序、调试软件。PLC系统需准备的软件为：三菱GXDeveloper（7.3版以上）。触摸屏系统需准备的软件为：GTDesigner3组态软件。

⑵线缆：控制线缆、耐热线缆、编程器连接线缆等。

3实施过程介绍

2.1设计阶段

1）对电控系统重新进行设计，绘制电气控制原理图、接线图。

2）触摸屏组态准备，设计人机交互界面。

2.2实施阶段

1）硬件安装

（1）拆除原来陈旧的按钮操作台，新制作一台触摸屏操作台，操作台上设置基本的启动、停止、选择、紧急开关和指示灯方便操作，安装一台三菱10寸触摸屏。

（2）拆除原来老化的PLC控制器（含主机、输入输出模块），将新型的三菱PLC控制器安装到位。

（3）拆除原来老化的线路，按照控制原理图和接线图，重新进行铺设线路、接线、安装电器元件（断路器、接触器等）。如图：

2）软件程序的编制、调试

（1）利用触摸屏组态软件设计制作人机交互界面，交互界面包含：设备状态显示窗口，手动操作窗口、工艺参数设置窗口和故障提示窗口，本系统为4分屏，开机后自动进入状态界面。如下图：

（2）PLC控制程序编制

由于原来的PLC为老型的F1产品，无电脑编程器连接端口，程序无法通过电脑上传，只能重新对设备的控制程序重新进行设计编制。采用三菱软件，编制设备梯形图程序，在程序中预留触摸屏使用的变量，对程序进行编译后传入PLC控制器。

编程截图

⑶PLC与触摸屏的连接通讯

2.3硬件、软件安装完成后通电试机运行、调试

调试过程为：手动调试单个动作，手动调试加热，自动空运行（不含射砂固化），自动单周运行，自动带模具连续运行。

4效果、总结

经过连续生产验证，设备电控系统升级改造，达到预期目的，设备电控系统焕发“青春”，主要体现在：

1）采用触摸屏操作直观、简捷、方便，触摸屏规范、美观。

2）设备能自动可靠运行，工艺参数自动执行、显示，可靠保证了工艺，确保了质量，提高了效率，经比较，生产效率提高了约10%。

3）整改了线路，故障停机率大大降低。触摸屏增加了状态显示、故障提示功能，方便维修人员快速查找故障，提高维修效率。

改造前后对比

本次设备改造，是一次以己为主，利用新技术、新装备进行的一次创新项目，在提高生产效率、保证质量，节能减排等方面取得了较好的效果。

目前，铸造工厂设备老旧现象普遍存在，在总结本次升级改造成功经验基础上，继续对其它老旧设备实施技术改进，充分利用现有资源和技术，努力使设备焕发青春，为公司节约改造、维修、维护费用，努力提高设备运行效率，保证产品质量。

原文刊载于《2019重庆市铸造年会论文集》重庆庆铃铸造有限公司肖波何勇