自动浇注系统的智能控制

1、自动浇注系统的智能控制（苏州苏铸成套装备制造有限公司）摘要：铸造是获得机械产品毛坯铸件的主要工艺，也是机械装备制造业生产 的重要基础环节。提高浇注的自动化程度，是实现高精度、高品质铸件生产的技 术保证，还是铸造工人从繁重的体力劳动和恶劣的生产环境中解脱出来的重要技 术手段。正是由于国内目前对铸造用自动浇注机的研究和制造相对国外已有的较 成熟技术相比，仍处于刚刚起步阶段。本课题在收集和分析国外倾转浇注机的技 术和控制原理的基础上，研究并设计伺服控制倾转式自动浇注机的智能控制系 统，为开发和研制经济、实用、可靠的自动倾转浇注机创造条件。关键词：控制算法图像系统称重系统前言苏铸成套装备制造有限公司是

2、国内最具影响力的铸造设备设计制造单位。其 主要产品为全自动静压造型线，射芯机，浇注机等。目前该单位浇注机为半自动 操作方式，其浇注过程仍为手动操作方式，为了提高浇注工作的生产效率，节省 人力和减少原料的浪费，需要对浇注机的浇注过程控制方法进行系统的分析和设 计。图1.1自动浇注系统结构图研究内容本次研究的内容包括：1）针对本台浇注机所设计的具有U型浇嘴的扇形浇包进行系统的数据分析2）针对浇口杯进行图像系统分析；3）为了为今后的称重系统设计工作提供理论依据，对称重系统的安装方式以及可靠性的分析，结合流量以及称重系统达到全自动。智能系统的设计（1）控制算法本公司所设计的浇注机是属于倾转式浇注机，输

3、入方式是电机的角速度转化 为浇包的倾转，输出是浇包内铁水的流量。需要对浇注过程进行建模，得出输入 输出之间的函数关系，以此作为对流量校正的基础。扇形浇包侧视图见图3.1所示，俯视图见图3.2，浇嘴外形如图3.3所示，可见 在扇形浇包倾转时，其浇嘴上方的液面表面积是恒定不变的。每转动1其体积 变化量不变；当系统是稳态时，流量和角速度之间是线性的关系，这与最初的扇 形包设计初衷是吻合的。但是，如果角速度为发生变化，或者非匀速，其流量响 应是非线性的。此处的模型是建立在标准的型腔基础上的，如果考虑拔模斜度的 影响，只需计算出截面积，可以计算出在单位时间内所流出的流量。要做到完全掌握控制流量的匀速输出

4、的数据，这就还要采用图像系统，直接 扫描浇口杯的金属液面，而后根据浇口杯金属液面的高低，自动调整浇注速度， 始终保持浇口杯液面充满（液面高度可以随时随意调整和设定），确保浇注质量 达到最佳浇注的效果。图3.1扇形浇包主视图图3.2扇形浇包俯视图图3.3图像系统的建立从图中可以1.1中可以看出摄像机拍摄浇口杯浇注时的图像,该图像经图像 采集卡送入计算机，计算机经图像处理后计算出液体高度、流量、液面波动系数, 然后按一定的控制规则进行实时决策,求出相应控制量输出给电机，电机转动带 动浇筑执行装置,改变浇包顷转角度控制铁水的流量，从而调节浇口杯的铁水液 位高度。浇注过程工艺要求:总的要求是快速、连续

5、将铁水从浇包的一端浇注到砂模的浇 口杯中，铁水在浇口杯下的型腔内冷却后形成铸件。在浇注开始时,为迅速建立浇 口杯中的液面高度，浇筑执行机构应将浇包顷转角度加大。当浇口杯中的金属液 面建立起来以后，必须维持设定在80%高度附近，以保持浇筑过程的平稳性。当 浇口杯的液位达到95%以后，应快速停止浇筑，防止金属液面溢出。称重系统称重系统是由称重衍生出来的现代名词。我们通常所说的称重是指生活中的 度量，然而称重运用到精密仪器或者相关行业的时候，认为的称重是无法保证其 精度的，这时候便诞生了称重系统。系统指的是软件与硬件的结合体，目的是为了减少劳动力，提高管理效率。 就像我们常说的电脑操作系统、图书管理

6、系统等，称重系统就是为了减少称重中 出现的问题，减少劳动力的冗余等问题而出现的。全美的称重系统才是最专业的 称重系统。称重系统指的是称重软件和相关硬件的整体，两者的协同工作构成了 称重系统。在我公司所用的称重传感器未形成系统，所以在设备的称重上所获得的信息 徐符合或者接近正态分布特性，这需要在机械结构的设计上得以保证，不允许有 其他外力对称重传感器进行干扰。另外，非线性滤波器对模型精度要求较高，所 以对浇包的内腔尺寸和浇嘴形状得以保证。在机械机构以及称重传感器的安装方式也是至关重要。在国外比较著名是 sinto以及hws的全自动浇注机。如图3.4所示是目前sinto称重系统，其中包 括四个称重

7、传感器以及信息处理器，如图3.5所示其结构是安装在浇注机横移机 构底部图3.4图3.5如图3.6所示是目前hws称重系统，如图3.5所示其结构是安装在浇注机机 架上方，图3.6图3.7两种不同的安装方式得出的结论是一样的，精确数据，离不开对采集的数据 进行大量的计算处理，以及滤除各种的干扰。安装可靠性和稳定性也是非常重要 的，要考虑到浇注机行走，浇注移动时的震动以及冲击。综上所述：整个自动浇注的单一控制系统比较简单，而要使自动浇注协调的工作 则是需要将控制算法的数据，图像系统，及称重的数据结合起来由控制器推理机 构进行处理，得出结果以控制浇注机的浇筑过程，达到自动浇筑的效果。推理机构的设计推理

8、机构的功能是实现实时推理决策，和使整个自动浇注以逻辑的方式协调的工 作。因为控制规则比较简单，因此推理机构直接采用数据驱动的正向推理策略即 可。这样也可以保证控制决策的实时性。控制器的推理机构一般用如下模型表示U=f(E,K,I)式中：E-控制算法输出集K-图像系统输出集I推理机的输出集U控制器的输出集而f为一种智能算子，其基本形式为IF E AND K THEN IF THEN即根据控制算 法输出的流量集E和图像系统的输出值K进行推理，然后根据推理结果I输出相 应的控制U.6.总结倾转式浇注机主要应用于气冲和静压造型线上的中大件浇注。倾转式浇注机 主要从国外引进，大都是手动控制，价格很高。随着国内控制技术及元件可靠性 的提高，国内企业研制出了适合中国国情的浇注机，并很快占领了国内市场。国 内好多