一鍵式澆注過程控制系統(tǒng)的構(gòu)建

馬大江，馬仁祿

（中鋼集團(tuán)邢臺機(jī)械軋輥有限公司，河北邢臺 054000）

0 引言

進(jìn)入21 世紀(jì)以來，絕大部分鋼鐵企業(yè)已實現(xiàn)了全連鑄，但對于鑄造行業(yè)來說，受產(chǎn)品結(jié)構(gòu)影響，模鑄仍占據(jù)重要的組成部分。長期以來，手工作業(yè)多，機(jī)械化、自動化程度低，工序穩(wěn)定性較差，一直是影響產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)進(jìn)度、成本控制的關(guān)鍵因素。隨著工藝技術(shù)及設(shè)備的不斷改進(jìn)，鋼錠生產(chǎn)基本全部采用滑動水口進(jìn)行澆注。相對于連鑄來說，鑄錠無中間包，澆注過程對澆速控制相對較差，已無法滿足安全可靠、穩(wěn)定一致的質(zhì)量要求。故在此主要就滑板水口一鍵式控制展開討論。

中鋼集團(tuán)邢臺機(jī)械軋輥有限公司是中國政府投資創(chuàng)建的國內(nèi)第一家專業(yè)生產(chǎn)冶金軋輥和冶金成臺（套）設(shè)備的冶金機(jī)械及備件制造企業(yè)，其近兩年大力發(fā)展智能工廠，在自動排產(chǎn)、設(shè)備智能改造、生產(chǎn)過程自動控制方面做了大量研究，其中產(chǎn)品生產(chǎn)過程一鍵化控制是很多工作中的一項，該文主要介紹澆注過程一鍵化控制的研究情況。

1 現(xiàn)狀

滑板水口通過液壓缸驅(qū)動滑動機(jī)構(gòu)進(jìn)行開合，調(diào)整水口開度可實現(xiàn)對澆速的控制。當(dāng)下產(chǎn)品澆注時，根據(jù)工藝要求安裝不同直徑的滑動水口，澆注過程中開展水口進(jìn)行澆注，冒口點沖時根據(jù)工藝要求時間適當(dāng)關(guān)閉水口，控制澆速。但實際控制過程中：

（1）隨著鋼液面不斷降低，澆速呈不斷下降趨勢，與鑄造理論中提出的開澆、跟流、展流、收流工藝不符。

（2）隨著滑動水口使用次數(shù)增加，澆注速度總體呈升高態(tài)勢，相同產(chǎn)品過程一致性偏差較大。

（3）不同人員不同反應(yīng)速度、操作習(xí)慣，冒口點沖過程差別大。

（4）為了滿足不同工藝要求，需要準(zhǔn)備多種滑動水口，物料管理及使用成本較大，目前我廠使用的滑動水口規(guī)格達(dá)7 種之多。

因此對鋼錠澆注過程實施一鍵式控制勢在必行。

2 滑動水口一鍵式控制系統(tǒng)的構(gòu)建

通過對天車稱重系統(tǒng)進(jìn)行改造，實現(xiàn)澆注重量和澆注速度的適時計算，并將計算結(jié)果適時進(jìn)行顯示，同時通過無線信號將上述數(shù)據(jù)發(fā)送到工控機(jī)上。工控機(jī)接收到稱重信息后，自動與設(shè)定工藝進(jìn)行比對，根據(jù)重量和速度偏差，發(fā)出調(diào)整信號，由液壓缸驅(qū)動滑動水口進(jìn)行開合，實現(xiàn)對澆注重量和速度的自動控制。

圖1 一鍵控制流程圖

2.1 稱重部分改造

保留稱重傳感器、機(jī)械附件及傳感器到儀表的電纜繼續(xù)使用，更換稱重儀表及顯示屏幕。按照一定頻次適時采集稱重信息，根據(jù)稱重變化和時間的關(guān)系自動核算澆注速度，在大屏幕上進(jìn)行適時顯示。同時增加無線發(fā)散裝置將重量、澆速信息傳遞到工控機(jī)上，以此作為澆注過程中一鍵控制的基礎(chǔ)。

2.2 滑板包一鍵式控制系統(tǒng)的構(gòu)建

2.2.1 對液壓站進(jìn)行自動化改造

在保留現(xiàn)有手動操作模式的基礎(chǔ)上，增加液壓站數(shù)據(jù)控制器。工控機(jī)接收到重量、澆速信息后與工藝進(jìn)行比對，根據(jù)比對結(jié)果向控制器發(fā)出控制信號，驅(qū)動液壓站對水口開度進(jìn)行調(diào)整。此控制器模擬人工操作模式，根據(jù)澆速偏差程度給出不同的脈沖信號，達(dá)到自動控制的目的。

2.2.2 自動控制程序的開發(fā)

按照開澆、跟流、展流、收流理論模式，控制程序按照澆注重量分為4 個階段，每個階段根據(jù)工藝要求，可分別設(shè)定不同澆注速度。

開始澆注后適時對比當(dāng)前澆注重量與澆注速度，偏差超過工藝范圍后，根據(jù)偏差實際情況，給出不同脈沖信號，調(diào)節(jié)滑動水口開度進(jìn)行澆速調(diào)整。

此項目實施的難點在于脈沖信號的給定。由于滑動機(jī)構(gòu)行程短，滑動水口直徑小，液壓缸運(yùn)行速度相對較快，控制精度要求高，脈沖信號時長尤為關(guān)鍵。時間長速度波動大，容易發(fā)生滑動水口關(guān)死情況，時間過短則液壓缸無動作。

現(xiàn)場空載調(diào)試液壓缸發(fā)現(xiàn)70～80ms 才有動作反應(yīng)，但在負(fù)載情況下此脈沖信號不能觸發(fā)動作反應(yīng)，而且不同機(jī)構(gòu)開關(guān)需要的拉力有所區(qū)別。因此，在程序設(shè)計優(yōu)化時對脈沖信號賦予自動調(diào)節(jié)功能：如在給定脈沖信號下連續(xù)調(diào)整五次（次數(shù)可根據(jù)需要調(diào)整）澆速不變，則自動增加脈沖信號時間，每次增加10ms，直至澆速符合工藝要求。

到達(dá)設(shè)定澆注量前300kg 時發(fā)出聲光報警信號，提示操作者進(jìn)行輔料加入及澆后收尾準(zhǔn)備；到達(dá)設(shè)定澆注重量后，給出信號關(guān)閉水口，整個澆注過程不再需要人為干預(yù)。

通過上述改造，實現(xiàn)了模鑄產(chǎn)品澆注過程一鍵式控制。

3 一鍵式控制系統(tǒng)的再開發(fā)

3.1 澆注曲線生成

該系統(tǒng)配置澆注重量、澆注速度記錄功能，以澆注時間為橫軸，適時澆注重量和澆注速度為縱軸，將澆注過程中產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，自動生成澆注速度曲線和澆注重量曲線，以備后續(xù)調(diào)取使用。

圖2 操作界面

圖3 分階段澆速設(shè)定

3.2 工藝信息自動下發(fā)、一鍵提取

為了進(jìn)一步簡化現(xiàn)場操作，避免工藝傳遞過程中出現(xiàn)錯誤，對全過程進(jìn)行優(yōu)化升級：生產(chǎn)計劃下發(fā)后工藝隨著下發(fā)，并傳遞到現(xiàn)場工控機(jī)上。澆注前選擇對應(yīng)爐號自動將工藝調(diào)取，不再需要現(xiàn)場人工錄入工藝信息，真正實現(xiàn)澆注過程一鍵式控制。

4 運(yùn)行效果

（1）通過一鍵化澆注控制系統(tǒng)的構(gòu)建，實現(xiàn)了澆注過程的一鍵化控制。該方式簡化了澆注過程的操作，產(chǎn)品澆注時操作者只需選中對應(yīng)的爐次，點按“澆注開始”按鈕即可實現(xiàn)自動澆注，操作簡單可靠，提高了操作一致性，減少了人為因素對澆注過程的干擾，提高了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。

（2）一鍵化澆注控制系統(tǒng)的構(gòu)建，實現(xiàn)了澆注過程自動控制。該方式取代了初始的紙質(zhì)記錄及人工指揮的狀態(tài)，自動判斷澆注總量及各時間節(jié)點，從根本上避免了人工計算錯誤造成的產(chǎn)品質(zhì)量隱患，同時也提高了公司的信息化水平，為中鋼邢機(jī)智能制造、自動化水平的提高做出了卓越的貢獻(xiàn)。

（3）一鍵化澆注控制系統(tǒng)的構(gòu)建，大大降低了澆注過程的工序事故，減少了廢品和返修品的數(shù)量，降低了公司的制造成本。

（4）澆注過程可根據(jù)工藝需要自動調(diào)整，靈活性和穩(wěn)定性更高，且過程可復(fù)制、可重現(xiàn)，為后續(xù)優(yōu)化澆注工藝提供了依據(jù)。