吴 剑

（江阴智铭铸造装备应用技术设计室，江苏江阴）

现代铸造产业应用先进的技术装备和自动化控制对实现生产过程生产能力匹配、安全可靠、环保和协调性非常重要。传统的工业自动化网络管理，就是一种适时的生产现场管理模式，是提高生产效率的关键。现代铸造生产的全过程管理要同时考虑产能、效率、环保和质量。其中，材料配比、装备运行性能、烟气排放和工艺技术都是重点考虑因素。

例如：造型机的性能、工序匹配和型砂定量控制；造型振动紧实台对型砂紧实率的影响；砂处理混砂机混合能力和材料配比对型砂性能的影响；砂处理旧砂温度、湿度和铁杂物对砂再生的影响；振动落砂机有效载荷、振幅、频率和噪音的影响；熔化工部的炉料定量配比、烟气排放等；各工部设备生产运行的故障及安全隐患；生产车间工况环境对温度、粉尘、烟气的环保指标控制等。均直接反映了生产运行和管理水平。

通过对生产现场进行有效的互联网智能化管理，进行对生产的实时检测、监控来处理和协调解决各种因果关系，形成一个可控的有效工作区域，达到即符合工艺装备的运行管理又符合生产要求的安全、可靠与产能匹配。这是互联网在铸造企业应用的意义所在。

互联网技术不单是一个完成传输的通信系统，而且是一个借助网络完成控制功能的自控系统。借助和发挥工业自动化网络控制系统，即系统的互联网技术，应用智能传感器技术和网络视频，进行多个网络节点的调控，完成自控任务。形成的物联网系统可以满足生产现场的实时性、确定性、可靠性、安全性和工况环境的适应性。是铸造产业实现全过程生产管理的优化、简便、高效率的重要手段。

1 物联网的应用

1.1 物联网的概念

物联网的概念是在1999 年的移动计算和网络国际会议中提出来的。物联网的英文名称：“The Internet of Things”.其含意：1）物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网的基础上的延伸、扩展的一种传感网络；2）其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种感智网络；3）物联网的本质是利用智能传感技术（射频识别、智能传感器），通过通信手段（有线、无线、卫星通信等）把不同的实体用网络连接起来，实现即时信息共享、远程监控、自动报警的功能。

随着现代智能传感技术、嵌入式系统技术、通信技术和大数据处理技术的发展，物联网在数据采集、传输、处理的关键技术上均获得很大的发展。智能交通、智能电网、智能安防、智能医疗等等都是物联网比较成熟的应用。

1.2 未来前景

物联网系统在现代化工业、农业、环保、物流、食品安全和管理职能等部门都会高速发展。物联网的推广将会成为经济发展的又一个驱动力，为产业开拓提供又一个潜在机会。

物联网系统在实际应用中针对局域性的开发，可通过对物体属性进行标识。属性包括静态属性和动态属性。静态属性可直接存储在标识内，动态属性则是先由智能传感器进行实时探测或利用射频自动识别技术，将传感器读取获得的信息转换为适合网络传输的数据格式，进行对数据采集，再按设定的要求进行大数据分析处理，处理由系统的处理中心进行。最后达到目标（标的、标识）的设定值或结果。

2 铸造企业物联网系统的应用

在现代铸造生产线现场建立一个局域性的物联网系统，实时监控生产现场的运行情况，可实现现场数据的实时采集；可通过已确定的装备主要技术参数来进行标识，并作为判别依据，建立测试数据库，利用视频监控或远程监控对现场进行测试监控，最终实现智能网络技术和生产效益的互补和提高。

2.1 铸造企业利用物联网的优势

1）从工艺装备上做尝试，通过智能传感器对动态属性进行标识。如：造型工部的造型机、振动台，型砂制备工部的混砂机、砂处理的振动落砂机等进行动态标识；对熔炼工部的炉料配比进行静态标识；并通过视频实时监控，再逐步发展向生产单元，并实现局域范围内的物联网系统。从而实现生产线大规模自动化控制，实现提高效益，降低成本的可能。

2）从铸造产业全过程的局域考虑，利用物联网系统从单元生产环节尝试，再扩展到多个生产车间。这样形成的互联网系统，再经过处理中心进行大数据分析处理，获得诊断结果。同时利用这种网络系统，预警和预报在监控中出现的问题，获得及时调控，及时防范等。这对生产全过程的产能、安全、人力配置等都能达到优化。

3）智能传感器的应用。通过采用速度传感器、重力传感器、振动传感器、位移传感器、温度传感器等智能传感器实现铸造过程的数据采集。

2.2 物联网尝试的意义

物联网系统主要包含三大结构：智能感知结构、信息传输结构和处理应用结构。

1）智能感知结构，是利用各类智能传感器来反映现实过程的特征和状态，并将获取的信息进行数字化。

2）信息传输结构，是通过互联网、有线、无线通信的网络传输智能感知获取的信息。

3）处理应用结构，是利用云计算、数据挖掘技术对海量的信息进行快速处理。按用户实际需要获得相应的服务。

借助物联网系统的智能管理技术，来为铸造生产和工艺装备服务，这是一项技术创新的尝试，也是在物联网系统中进行局域管理的有限尝试。

现代铸造生产作为一个传统的行业，已形成基本的生产体系与规模。利用这种体系，应用物联网系统作为一个平台展现，并在局域范围内获得尝试成功，则可让更多的行业感受到应用物联网系统的价值和意义，将促进物联网系统在传统行业的进一步发展。

3 智能化传感器技术

智能传感器，作为物联网系统的网络核心技术，是一种现代科技发展的网络自动化控制系统的基础。可实现对各种实际活动操作过程的检测、检验和实时控制。

智能传感器，可以对现实反映的压力、位移、扭矩、转速、振动、冲击、温度和应力应变等通过传感器、变送器采集的信号、数据进行实时处理、存储、分析、调整和控制。

目前，传感器广泛应用于铁路建设、桥梁工程、地震监测、房屋故障诊断、环保综合治理以及对振动冲击、动平衡、动刚度、弹性体、应力应变、绕曲度、承载力等各种环节的技术测量和监测。

在铸造生产自动化控制系统上，应用传感器网络技术对工艺设备运行中的位置反馈信号进行数据采集、实时监控和数值测试，可以达到对工艺参数补偿、修正的目的。如应用在振动设备、驱动机、输送机、空压机、加热器、气动液压元件、车间环境监测等等方面，实现对整个生产过程的实时控制。

4 几种智能传感器在铸造生产中的应用

在铸造生产管理和检测全系统上，应用智能传感器非常普遍，特别是铸造砂处理工部。如应用在振动设备、动力设备、输送设备、冷却加热设备、气动液压元件，以及车间环境监测等方面。

4.1 NS 称重/拉压力传感器

1）NS-WL1 型拉压力传感器传感器采用悬臂剪切结构，应用于电子称量衡、单轨吊称、料斗称等。具有称量精度高、安装简单、使用方便的特点。

2）NS-TH1 型称重传感器 传感器采用组合式应变计结构，应用于各种结构的动态、静态称量，电子称量衡、吊称、料斗称等。具有过载保护的特点。

3）NS-TH 15 型无线装置称重/拉压力传感器无线装置传感器可实现压力、位移、称重、温度、湿度、图像的信号检测、处理及无线发送、显示等功能，具有远程信号采集和实时显示的功能。

4）NS-TH 16 型智能（数字）称重/拉压力传感器数字式传感器系统是在传统电阻应变式传感器基础上，结合现代微电子技术、微型计算机技术集成而发展起来的一种新型电子称重技术。由模拟传感器和数字化转换模块二部分组成。

5）NS-NJ1 型扭矩传感器 扭矩传感器采用正应变结构，适用于静态、非连续旋转的扭矩力值的测量。具有称量精度高、使用方便的特点。

4.2 NS 位移传感器

1）NS-WY04 型位移传感器变送器 位移传感器变送器采用差动变压器原理，具有精度高、量程范围大、移动平滑、使用方便的特点。

2）NS-RA 型角位移变送器 角位移变送器利用转动的角度变换成电信号，具有线性好、精度高、测量角度范围大、工作稳定、使用方便的特点。

4.3 NS 压力传感器

1）NS-B 型压力传感器 广泛应用于航空、航天、石化、冶金等行业的自动化控制。采用全密封结构，具有动态、静态特性好、可靠性强、使用方便的特点。

2）NS-Z 型智能（数字）压力变送器 采用先进的微处理技术和数字通信技术。广泛应用于电力、石化、冶金等行业。具有零点自动调整、使用方便的特点。

4.4 一体化速度式振动变送器

一体化速度式振动变送器是将速度传感器及信号处理电路合二为一的就地变送器。能将现场采集的振动信号直接变换为4～20mA 的标准信号输出。

4.5 霍尔转速传感器

霍尔转速传感器是安装于测速端盖上，感应导磁体上凸起的齿轮或是凹下的槽，相应给出高低电平，用于检测轮轴的转速。该传感器具有良好的高频、低频特性，测速范围宽、温度适应范围宽、抗振性强、安装使用方便的特点。

5 物联网在铸造企业应用的设计案例

2015 年年初，为江苏某精密铸造有限公司设计了物联网应用的方案，由于各种原因该项目没有上马，现作为一种设计思路仅供参考。

5.1 物联网应用方案的现场考察提案

5.1.1 铸造车间铸件生产的过程跟踪目标

物联网在铸造生产过程要实现的目标：1）RIFD 数字射频扫描；2）计算机管理平台、可以形成报表（数据处理）；3）利用物联网智能（称重）传感器对原材料（蜡料配方、电炉配料）跟踪记录；4）利用物联网智能（称重）传感器，对铸件成品与废品率跟踪记录；5）构建监控网络（员工操作、安全生产、质量检验）；6）实现铸件成品入库、出库的网络跟踪记录。

5.1.2 铸造车间生产环境监控（建立检测网络）

物联网在生产环境监控方面实现的目标：1）车间浇注产生的烟气成分的智能检测分析；2）车间环境内气味、粉尘含量实时检测记录；3）车间环境内温度、湿度的实时监控检测记录。

5.1.3 铸造车间能源监控（建立检测网络）

物联网在铸造车间能源监控方面实现的目标：1）工厂各车间工段的电、水、汽消耗检测报告；2）热处理、清理车间、失蜡成型和浇注工段的用电消耗检测报告。

5.1.4 系统网络发布功能（建立网络站）

物联网在系统网络发布方面实现的目标：1）跟互联网互联，可以在车间任意工段、区域登陆，查看工厂车间的实时生产情况、生产数据（报表、记录）和监控等。2）网络系统优势，可以让客户准确了解公司的实时现状情况，摆脱传统的上门调研、考察的局限性。

5.1.5 远程技术支持（建立系统网络）

当生产设备出现故障，需要专业技术人员提供现场服务时，利用远程服务器，可使工程师立即与现场的设备建立通讯连接，通过网络摄像头和程序分析判断出故障原因，及时排除。可以提高生产设备的利用率。

5.2 智能传感器、网络及界面的技术应用

5.2.1 智能传感器应用

（1）粉尘检测仪对工况环境的实时检测

1）配置40 mm 滤膜在线采样器；可在监测颗粒物浓度的同时收集粉尘样品。

2）具有可更换粒子切割器PM10、PM5、PM2.5、PM1.0 及TSP 供选择；

3）直读粉尘质量浓度（mg/m3），1 min 出结果；

4）检测灵敏度：（低）0.01mg/m3；（高）0.001 mg/m3；

5）测量范围：（低）0.01 mg/m3～100 mg/m3；（高）0.001 mg/m3～10 mg/m3；

6）测定时间：标准时间为1 min，设有0.1 min及手动档（可任意设定采样时间）；

（2）称重系统用重力传感器对材料计量控制

1）集成了加法秤、减法秤、分选秤功能，传感器防护等级：IP68.

2）工作温度范围：-30 ℃～+70 ℃.

（3）采用湿度传感器对环境湿度的实时监测

湿度测量范围：10～95% RH；-15 ℃～0 ℃，供电：24VDC.

（4）采用温度传感器对环境温度的实时监测

实时温度显示，MODBUS 通讯功能。

（5）RFID（数字射频扫描）精密铸件成型数量统计、入库检测。

（6）分贝仪dB（A）（噪音控制）实现运行设备与工况环境实时检测。

5.2.2 网络应用方案

1）远程抄表系统实现对传感器传输数据的分析与终端显示[1]；

2）远程登录摄像节点和安全、管理系统实现生产环节、行政部门及其他节点的关联[2]。

5.2.3 设置布控点、设定标的

1）蜡模成型（人工、机械）、蜡模质检、编号控制、整合排列与环境设定标的。

2）涂料成型与失蜡、转运输送过程与环境设定标的。

3）熔炼原材料控制、熔炼配比、批次、浇注、冷却、烟气排放设定标的。

4）抛丸清理、热处理（能耗控制）、旧砂处理、粉尘控制设定标的。

5）成品检验、返修、组合与环境设定标的。

6）成品装箱、数据统计、入库设定标的。

通过物联网系统的监控、识别，调整生产管理过程的不足与问题，控制环境空气质量的改善，安全隐患与防范等等。初步实现实时监控、实时调整的网络管理体系。

5.2.4 终端界面（网络监控室）

1）电脑监控（屏幕显示模式）；2）实时报表（数据处理显示）；3）打印机（功能服务工具）。

5.3 目标预测

该方案将形成一种现代智能化工厂的管理模式。可以设想，在现代铸造生产线现场建立一个局域性的互联网+智能传感技术形成物联网系统，来实时监控生产现场的生产能力、安全隐患、环保和机械装备的运行情况，这对生产现场提高效率，降低成本，减轻人员劳动强度都将有很大的潜在优势。

6 结束语

现代铸造工业应当以先进的工艺、技术成为发展铸造强国的手段，着重把科学技术转换成第一生产力，成为铸造产业的实用新技术、新工艺。

探索一种应用互联网技术、物联网系统来改变铸造业现状的良策，告别那些传统的思维和做法（特别是群体性的中小型铸造企业）。互联网、智能化的技术引入将会给铸造产业的创新发展带来新的活力。