大型離心鑄造機(jī)大多用來(lái)生產(chǎn)軋輥。在離心鑄造中，鑄型(也稱管模)的轉(zhuǎn)速非常重要，尤其在軋輥生產(chǎn)中，需要二次澆注(添芯)，特別要求轉(zhuǎn)速與時(shí)間及溫度的嚴(yán)格控制。為滿足軋輥的鑄造工藝要求，我們?yōu)榇笮碗x心鑄造機(jī)設(shè)計(jì)了控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制且動(dòng)態(tài)跟蹤，精確控制離心鑄造軋輥的工藝過程。過去的大型離心機(jī)的控制系統(tǒng)，大多采用開環(huán)自動(dòng)/半自動(dòng)控制、電磁調(diào)速系統(tǒng)，工作穩(wěn)定性差，人工因素多。我們通過對(duì)硬件及軟件的改進(jìn)設(shè)計(jì)，采用西門子交流變頻器(6SE70系列)或直流調(diào)速系統(tǒng)(6RA70系列)，傳感器輸入溫度、轉(zhuǎn)速及主機(jī)振動(dòng)測(cè)量信號(hào)，可編程控制器經(jīng)過實(shí)時(shí)計(jì)算，只要在界面上設(shè)置相應(yīng)的工作參數(shù)，就能自動(dòng)跟蹤設(shè)定的工藝曲線;整個(gè)生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)了真正的閉環(huán)、自動(dòng)跟蹤控制，消除了人工干預(yù)多和其它因素的影響，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

1大型離心鑄造機(jī)的主要工藝參數(shù)

(1)初始增速速度：離心機(jī)從靜止開始升到澆注要求的轉(zhuǎn)速;
(2)保持凝固速度：澆注后離心機(jī)保持的轉(zhuǎn)速;
(3)停機(jī)減速速度：減速停機(jī)的轉(zhuǎn)速即停機(jī)轉(zhuǎn)速。

2系統(tǒng)硬件

硬件由工控機(jī)，可編程控制器PLC，模擬量輸入、輸出，直流調(diào)速裝置或交流變頻器及外圍設(shè)備組成。圖1為大型離心機(jī)的控制系統(tǒng)框圖。

工控機(jī)主要通過PLC完成離心鑄造機(jī)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理報(bào)表的制作，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的離心機(jī)轉(zhuǎn)速、型腔金屬液溫度、軸承溫度、離心鑄造機(jī)振動(dòng)的工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。離心鑄造過程中，計(jì)算機(jī)可以連續(xù)自動(dòng)記錄鑄型中金屬液的溫度曲線。

工作原理：由界面設(shè)置離心鑄造機(jī)主要工藝參數(shù)或調(diào)出原有產(chǎn)品的工藝參數(shù)，符合當(dāng)前的產(chǎn)品時(shí)，則顯示當(dāng)前產(chǎn)品的控制曲線，按實(shí)際需要確認(rèn)，通過控制按鈕分別發(fā)出開始澆注、一次澆注、二次澆注等信號(hào);PLC依據(jù)產(chǎn)品的工藝參數(shù)及通過現(xiàn)場(chǎng)模擬量輸入得到當(dāng)前離心鑄造機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速，經(jīng)過計(jì)算，通過模擬量輸出一個(gè)實(shí)際需要的轉(zhuǎn)速，同時(shí)通過模擬量輸入的離心機(jī)振動(dòng)信號(hào)、溫度信號(hào)，實(shí)時(shí)診斷離心鑄造機(jī)的工作狀態(tài);離心鑄造機(jī)的電機(jī)工作電流信號(hào)實(shí)時(shí)診斷離心機(jī)的負(fù)荷大小，實(shí)時(shí)顯示其產(chǎn)品的工作曲線，確認(rèn)產(chǎn)品的質(zhì)量。圖2、圖3為武漢鋼鐵廠使用的大型離心機(jī)部分電氣原理圖.

3 軟件設(shè)計(jì)

目的是使用戶能根據(jù)自己的產(chǎn)品任意設(shè)置或調(diào)用各種產(chǎn)品的工藝參數(shù)及工藝曲線，即采用配方的形式及時(shí)刷新生產(chǎn)方案，按用戶的需要通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的工藝參數(shù)及離心機(jī)的工作狀態(tài)、電機(jī)工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)采集，以動(dòng)畫的形式實(shí)時(shí)顯示數(shù)字及曲線，同時(shí)顯示預(yù)警，向用戶實(shí)時(shí)提供解決實(shí)際工作問題的方案。

由于在軋輥產(chǎn)生中對(duì)二次澆注的時(shí)間要求嚴(yán)格，所以能否及時(shí)、正確確認(rèn)固相線溫度是軋輥生產(chǎn)的關(guān)鍵。過去都是通過人工觀察的方式來(lái)確診固相線溫度，所以產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性不能得到保證，現(xiàn)在通過本軟件，能自動(dòng)確認(rèn)固相線溫度，自動(dòng)控制停機(jī)時(shí)間，從而保證了軋輥質(zhì)量的穩(wěn)定性，同時(shí)本軟件通過對(duì)離心鑄造機(jī)本身的振動(dòng)幅度以及離心機(jī)的軸承溫度的自動(dòng)測(cè)量，能及時(shí)預(yù)報(bào)離心機(jī)的工作狀態(tài)，有問題能及時(shí)提示，確保離心機(jī)正常工作。

溫度拐點(diǎn)的確認(rèn)軟件設(shè)計(jì)依據(jù)以下兩個(gè)計(jì)算公式：

拐點(diǎn)速度Vi計(jì)算公式：Vi=V設(shè)定-a(V設(shè)定-V實(shí)際)(其中a為經(jīng)驗(yàn)系數(shù));

拐點(diǎn)溫度曲線的斜率Ki計(jì)算公式：

Ki=∑Fj1-∑Fj/Ti

其中j1為(i-10～i-6)，j為(i-5～i)，即拐點(diǎn)個(gè)值中個(gè)值減后5個(gè)值除以時(shí)間即得溫度拐點(diǎn)斜率，見圖4。

澆注溫度1350℃，固相線溫度約1100℃，離心鑄造機(jī)托輪轉(zhuǎn)速1400r/min(可根據(jù)鑄件內(nèi)徑確定)，制動(dòng)時(shí)間：大型件在5min內(nèi)，重力系數(shù)100~110g。

依據(jù)上述硬件配置和軟件設(shè)計(jì)原理，生產(chǎn)開始前預(yù)先在界面或計(jì)算機(jī)上設(shè)置好工藝參數(shù)，檢查無(wú)誤后啟動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行。首先控制系統(tǒng)通過程序設(shè)計(jì)和計(jì)算將初始增速速度轉(zhuǎn)換成模擬量輸出信號(hào)，此模擬量信號(hào)通過直流調(diào)速裝置或交流變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)使離心機(jī)在時(shí)間1內(nèi)從靜止?fàn)顟B(tài)均勻加速到初始增速速度;離心機(jī)到達(dá)這個(gè)轉(zhuǎn)速后進(jìn)行第二步澆注高溫鐵液，澆注完畢后保持這個(gè)轉(zhuǎn)速進(jìn)行冷卻凝固成型;離心機(jī)在高速旋轉(zhuǎn)冷卻凝固成形過程中進(jìn)行鑄型型腔內(nèi)溫度檢測(cè)，當(dāng)鑄型冷卻一段時(shí)間鑄型溫度下降到固相線溫度時(shí)(如圖4中1100℃)，這時(shí)控制系統(tǒng)要控制離心機(jī)開始減速，而且必須在時(shí)間3內(nèi)將離心機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)霓D(zhuǎn)速2減到轉(zhuǎn)速3，即停機(jī)狀態(tài);然后進(jìn)行下個(gè)工序即二次澆注。

上述控制系統(tǒng)在我們公司為武漢軋輥廠及邢臺(tái)軋輥廠生產(chǎn)的兩臺(tái)400kW大型離心鑄造機(jī)上使用，2007年和2008年又分別在銷售泰國(guó)的兩臺(tái)280kW大型離心機(jī)上使用。