система автоматического взвешивания

Когда говорят про систему автоматического взвешивания в контексте литья цветных металлов, многие сразу представляют себе просто точные весы на конвейере. Это, конечно, основа, но лишь малая часть. На деле это целый комплекс, который должен жить в жестоких условиях цеха — пыль, вибрация, температурные перепады, и при этом выдавать стабильные данные для управления процессом заливки. Частая ошибка — считать, что купил точный тензодатчик, подключил к ПЛК, и всё заработало. Реальность, как обычно, сложнее.

Что на самом деле скрывается за ?автоматическим взвешиванием?

В нашей работе с ООО ?Ганьчжоу Цзиньхуань Заливочное Оборудование? (их сайт — jhcast.ru) мы изначально упирались именно в понимание задачи. Компания, как известно, фокусируется на высокотехнологичном оборудовании для цветной металлургии, и их интеллектуальные заливочные комплексы требуют не просто контроля веса, а интеграции взвешивания в контур управления процессом. То есть, система должна не только взвесить ковш с расплавом, но и в реальном времени корректировать скорость литья, учитывать угар, прогнозировать остаток металла в миксере. Это уже уровень система автоматического взвешивания как подсистема MES.

Помню один из первых проектов по модернизации старой линии. Там стояли механические весы, данные снимались вручную, оператор на глазок решал, сколько лить. Точность гуляла, брак был частым гостем. Задача была встроить новую систему, не останавливая производство надолго. И вот тут началось: вибрация от кранов и транспортеров давала такие помехи на тензометрические мосты, что показания прыгали, как сумасшедшие. Пришлось экспериментировать с местами установки датчиков, с частотой опроса, с алгоритмами цифрового фильтра в контроллере. Стандартные решения из каталогов не подходили — пришлось дорабатывать ?на коленке?, по месту.

Ключевым стал момент калибровки. В идеальных условиях лаборатории всё работает. А в цеху, где температура за смену может измениться на 15 градусов, а платформа весов забивается окалиной и брызгами металла, нужно было придумывать процедуру быстрой поверки ?нуля?. Мы внедрили не просто кнопку ?тарирование?, а полуавтоматический цикл с пустым ковшом по сигналу от крановщика. Это снизило дрейф нуля, но добавило логики в программу ПЛК. Такие мелочи, о которых в статьях не пишут, и составляют 80% успеха или провала.

Интеграция с заливочным оборудованием — где собака зарыта

ООО ?Ганьчжоу Цзиньхуань? как производитель заливочного оборудования делает ставку на интеллектуализацию. Их системы часто имеют свой верхний уровень управления. И здесь наша система автоматического взвешивания должна была стать не обособленным модулем, а источником данных для их алгоритмов распределения металла по формам. Возникла классическая проблема интерфейсов: протоколы обмена данными. Modbus TCP казался очевидным выбором, но на практике задержки в сети цеха при высокой частоте опроса (нужна была динамика веса при заливке) приводили к рывкам в управлении.

Перешли на аналоговый сигнал 4-20 мА как на основной канал реального времени для контура регулирования, а Modbus оставили для передачи интегральных данных (общая масса, номер плавки) в SCADA и для архивирования. Это компромиссное решение, не самое элегантное, но работающее надёжно. Иногда простота важнее технологической изощрённости.

Ещё один нюанс — конструкция силовых элементов. Датчики веса (тензодатчики) стоят под огромной нагрузкой, в агрессивной среде. Раньше мы сталкивались с тем, что их гермовводы от вибрации теряли уплотнение, внутрь попадала пыль или конденсат. В кооперации с инженерами с jhcast.ru мы перешли на датчики с усиленным корпусом и разъёмами M12, которые меньше расшатываются. Это увеличило срок службы на одной из линий алюминиевого литья с полугода до трёх лет без обслуживания. Мелкая деталь, а экономия на простое и ремонте — огромная.

Программная часть: логика важнее красивого интерфейса

Многие заказчики просят цветные графики и красивые мнемосхемы на панели оператора. Это хорошо для презентации, но в ежедневной работе оператору-литейщику важнее всего два-три крупных цифры: текущий вес, целевой вес, отклонение. И чтобы эти цифры не мигали и не прыгали. Поэтому при разработке ПО мы ушли от излишеств. Основная логика зашита в контроллере (у нас часто используется Siemens S7-1200/1500).

Алгоритм сглаживания — отдельная история. Простое усреднение последних N измерений не подходит, потому что при начале заливки вес должен меняться быстро и реактивно, а в статике — быть стабильным. Применили адаптивный фильтр, который меняет коэффициент сглаживания в зависимости от скорости изменения веса. Писали его на SCL, отлаживали неделю на стенде, имитируя разные сценарии заливки. Без такого фильтра система была или слишком ?нервной?, или слишком ?задумчивой?, что сказывалось на точности дозировки.

Отказоустойчивость — ещё один пункт. Что делать, если один из четырёх датчиков в платформе выходит из строя? Останавливать линию на сутки? Мы заложили логику, которая по показаниям трёх оставшихся датчиков и знанию геометрии платформы вычисляет примерный вес и позволяет продолжить работу в деградированном режиме до планового ремонта. Это было непросто с точки зрения механики и математики, но заказчики, включая партнёров вроде ООО ?Ганьчжоу Цзиньхуань?, такой подход очень ценят — это минимизация простоя.

Полевые испытания и неочевидные проблемы

Всё, что описано выше, прошло проверку не в чистом офисе, а на реальных объектах. Один из случаев запомнился особенно. Смонтировали систему на линии литья под давлением. Всё откалибровали, запустили — а при каждом выстреле пресса показания весов на долю секунды уходят в ноль, потом возвращаются. Оказалось, ударная нагрузка и вибрация такая, что платформа на миллисекунду теряет контакт с одним из датчиков. Помогло не программирование, а механика — добавили демпфирующие прокладки с определённой жёсткостью между несущей рамой и платформой весов. Иногда решение лежит совсем не в той области, где ищешь.

Другая частая проблема — электрические помехи. В цеху много силового оборудования: печи, двигатели, индукторы. Наводки на сигнальные кабели — бич. Перепробовали экранированные витые пары, заземление в одной точке, раздельные трассы для силовых и сигнальных линий. В итоге наиболее стабильным оказалось решение с преобразователями сигнала датчиков в цифровой формат (типа IO-Link) прямо рядом с платформой, а далее передача по тому же протоколу. Помехоустойчивость выросла на порядок, хотя и прибавилось оборудования.

И конечно, человеческий фактор. Операторы, привыкшие работать ?на глазок?, сначала не доверяли автоматике. Важно было не просто установить систему, а обучить, показать, как она помогает избежать брака, экономит металл. Мы вместе с технологами jhcast.ru проводили смены, сравнивали результаты отливок до и после внедрения. Когда люди увидели цифры — снижение брака на 7-8% только за счёт точного веса — отношение менялось. Система автоматического взвешивания становилась не врагом, который диктует правила, а помощником.

Взгляд вперёд: куда движется технология

Сейчас всё больше говорят про предиктивную аналитику и цифровых двойников. И здесь данные с системы автоматического взвешивания — золотая жила. Непрерывный лог веса каждой заливки, сопоставленный с маркой сплава, температурой, итоговым качеством отливки — это материал для обучения моделей. Можно выявлять тонкие зависимости, которые человек не заметит. Например, обнаружили, что при определённой динамике снижения веса в конце заливки (когда металл в ковше на исходе) повышается вероятность раковин в верхней части изделия. Теперь система может предупреждать об этом оператора.

Ещё одно направление — беспроводная передача данных с тензодатчиков. Пока это кажется рискованным из-за требований к надёжности и безопасности в промышленной среде, но эксперименты ведутся. Это позволило бы упростить монтаж, особенно на вращающихся или перемещающихся узлах, например, на ковшах разливочных машин карусельного типа, которые как раз производит и внедряет ООО ?Ганьчжоу Цзиньхуань Заливочное Оборудование?.

В итоге, возвращаясь к началу. Система автоматического взвешивания — это не коробка с датчиками. Это живой организм, вплетённый в плоть и кровь технологического процесса. Её успех зависит от глубокого понимания этого процесса, готовности решать нестандартные, ?грязные? проблемы цеха и от тесного сотрудничества между разработчиками оборудования, как наши партнёры, и интеграторами, как мы. Без этого любая, даже самая дорогая, автоматика останется просто железом, которое мешает работать, а не помогает.