大型離心鑄造機大多用來生產軋輥。在離心鑄造中，鑄型(也稱管模)的轉速非常重要，尤其在軋輥生產中，需要二次澆注(添芯)，特別要求轉速與時間及溫度的嚴格控制。為滿足軋輥的鑄造工藝要求，我們?yōu)榇笮碗x心鑄造機設計了控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)實時控制且動態(tài)跟蹤，精確控制離心鑄造軋輥的工藝過程。過去的大型離心機的控制系統(tǒng)，大多采用開環(huán)自動/半自動控制、電磁調速系統(tǒng)，工作穩(wěn)定性差，人工因素多。我們通過對硬件及軟件的改進設計，采用西門子交流變頻器(6SE70系列)或直流調速系統(tǒng)(6RA70系列)，傳感器輸入溫度、轉速及主機振動測量信號，可編程控制器經過實時計算，只要在界面上設置相應的工作參數，就能自動跟蹤設定的工藝曲線;整個生產過程實現了真正的閉環(huán)、自動跟蹤控制，消除了人工干預多和其它因素的影響，提高了產品質量和生產效率。

1大型離心鑄造機的主要工藝參數

(1)初始增速速度：離心機從靜止開始升到澆注要求的轉速;
(2)保持凝固速度：澆注后離心機保持的轉速;
(3)停機減速速度：減速停機的轉速即停機轉速。

2系統(tǒng)硬件

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

工控機主要通過PLC完成離心鑄造機遠程實時監(jiān)控和管理報表的制作，對現場的離心機轉速、型腔金屬液溫度、軸承溫度、離心鑄造機振動的工作狀態(tài)進行實時監(jiān)控。離心鑄造過程中，計算機可以連續(xù)自動記錄鑄型中金屬液的溫度曲線。

工作原理：由界面設置離心鑄造機主要工藝參數或調出原有產品的工藝參數，符合當前的產品時，則顯示當前產品的控制曲線，按實際需要確認，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;PLC依據產品的工藝參數及通過現場模擬量輸入得到當前離心鑄造機的實際轉速，經過計算，通過模擬量輸出一個實際需要的轉速，同時通過模擬量輸入的離心機振動信號、溫度信號，實時診斷離心鑄造機的工作狀態(tài);離心鑄造機的電機工作電流信號實時診斷離心機的負荷大小，實時顯示其產品的工作曲線，確認產品的質量。圖2、圖3為武漢鋼鐵廠使用的大型離心機部分電氣原理圖.

3 軟件設計

目的是使用戶能根據自己的產品任意設置或調用各種產品的工藝參數及工藝曲線，即采用配方的形式及時刷新生產方案，按用戶的需要通過對現場的工藝參數及離心機的工作狀態(tài)、電機工作狀態(tài)的實時采集，以動畫的形式實時顯示數字及曲線，同時顯示預警，向用戶實時提供解決實際工作問題的方案。

由于在軋輥產生中對二次澆注的時間要求嚴格，所以能否及時、正確確認固相線溫度是軋輥生產的關鍵。過去都是通過人工觀察的方式來確診固相線溫度，所以產品質量的穩(wěn)定性不能得到保證，現在通過本軟件，能自動確認固相線溫度，自動控制停機時間，從而保證了軋輥質量的穩(wěn)定性，同時本軟件通過對離心鑄造機本身的振動幅度以及離心機的軸承溫度的自動測量，能及時預報離心機的工作狀態(tài)，有問題能及時提示，確保離心機正常工作。

溫度拐點的確認軟件設計依據以下兩個計算公式：

拐點速度Vi計算公式：Vi=V設定-a(V設定-V實際)(其中a為經驗系數);

拐點溫度曲線的斜率Ki計算公式：

Ki=∑Fj1-∑Fj/Ti

其中j1為(i-10～i-6)，j為(i-5～i)，即拐點個值中個值減后5個值除以時間即得溫度拐點斜率，見圖4。

澆注溫度1350℃，固相線溫度約1100℃，離心鑄造機托輪轉速1400r/min(可根據鑄件內徑確定)，制動時間：大型件在5min內，重力系數100~110g。

依據上述硬件配置和軟件設計原理，生產開始前預先在界面或計算機上設置好工藝參數，檢查無誤后啟動系統(tǒng)運行。首先控制系統(tǒng)通過程序設計和計算將初始增速速度轉換成模擬量輸出信號，此模擬量信號通過直流調速裝置或交流變頻器驅動電機使離心機在時間1內從靜止狀態(tài)均勻加速到初始增速速度;離心機到達這個轉速后進行第二步澆注高溫鐵液，澆注完畢后保持這個轉速進行冷卻凝固成型;離心機在高速旋轉冷卻凝固成形過程中進行鑄型型腔內溫度檢測，當鑄型冷卻一段時間鑄型溫度下降到固相線溫度時(如圖4中1100℃)，這時控制系統(tǒng)要控制離心機開始減速，而且必須在時間3內將離心機轉速從轉速2減到轉速3，即停機狀態(tài);然后進行下個工序即二次澆注。

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