摘 要: 采用動(dòng)態(tài)失重法對鉛陽極板澆鑄進(jìn)行定量控制，闡述了定量澆鑄控制原理，介紹了系統(tǒng)的硬件組成及軟件設(shè)計(jì)方法。 關(guān)鍵詞: 工控機(jī)　定量澆鑄　動(dòng)態(tài)失重法　鉛陽極板 1 引言 　　對于鉛陽極板的定量澆鑄，目前國內(nèi)通常采用定時(shí)控制或容積定量控制，定時(shí)法控制通過控制澆鑄的時(shí)間來達(dá)到定量目的，容積定量控制是按設(shè)定的金屬容積進(jìn)行計(jì)量，由于受鉛液的流量、流速、氧化渣、澆鑄口或儲(chǔ)鉛槽結(jié)渣等諸多因素的影響，計(jì)量誤差較大，產(chǎn)品成品率較低。我們對某冶煉廠定時(shí)控制澆鑄系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，研制出無回流動(dòng)態(tài)失重法定量澆鑄微機(jī)控制系統(tǒng)，解決了計(jì)量精度問題。 2 生產(chǎn)工藝要求及性能指標(biāo) 　　鉛液從鉛鍋通過鉛泵注入儲(chǔ)鉛槽，由變頻器控制鉛泵的頻率，即控制注入鉛液的流量;儲(chǔ)鉛槽的秤重計(jì)量裝置、電磁閥控制從儲(chǔ)鉛槽澆鑄至鉛陽極板模中的鉛液重量。 　　1）、鉛陽極板重量控制 　　主要的性能指標(biāo)為：每次澆鑄重量120±4KG。澆鑄時(shí)間小于8秒，澆鑄周期18秒，具有定時(shí)法澆鑄、動(dòng)態(tài)失重法澆鑄兩種控制方式并能互相切換。 　　2）、鉛液無回流控制 　　對儲(chǔ)鉛槽中的鉛液重量進(jìn)行監(jiān)控，每個(gè)澆鑄周期內(nèi)只調(diào)整一次鉛泵頻率，確保在澆鑄時(shí)間內(nèi)注入鉛液的流量恒定，并使鉛液不回流至鉛鍋。 　　3）、動(dòng)態(tài)在線顯示生產(chǎn)過程、儲(chǔ)鉛槽料重、鉛陽極板重、班產(chǎn)量等數(shù)據(jù)，以及運(yùn)行參數(shù)的在線修改和顯示。 3、澆鑄控制原理 　　動(dòng)態(tài)失重法澆鑄的時(shí)序圖如圖一所示。 　　t[sub]0[/sub]時(shí)刻鉛陽極板模到位，打開電磁閥進(jìn)行澆鑄;t[sub]1[/sub]時(shí)刻澆鑄重量達(dá)到控制重量關(guān)電磁閥;t[sub]2[/sub]時(shí)刻調(diào)整鉛泵頻率;t[sub]3[/sub]至t[sub]0[/sub]時(shí)間內(nèi)測量注入儲(chǔ)鉛槽中的鉛液流量。 　　1）、鉛液無回流控制 　　澆鑄完鉛陽極板后，每個(gè)澆鑄周期的同一時(shí)刻t2，對鉛泵的頻率f進(jìn)行調(diào)整。根據(jù)計(jì)量槽的控制重量Wg和計(jì)量槽料重W1，計(jì)算重量誤差E，采用PI控制確定鉛泵頻率 　　重量誤差：　E（k） = W[sub]g[/sub] - W[sub]1[/sub] 　　鉛泵頻率：　f（k）= f（k-1） + K[sub]p[/sub] [ E（k） - E（k-1） ] + K[sub]I[/sub] E（k） 　　2）、鉛液流量檢測 　　由于在整個(gè)澆鑄周期內(nèi)一直往儲(chǔ)鉛槽中注入鉛液，需在澆鑄前確保鉛液流量恒定，并測出該流量，因此，在鉛液流量已穩(wěn)定后的t3至t0時(shí)間內(nèi)測量鉛液流量Q。 　　鉛液流量：　Q=（W[sub]0[/sub] - W[sub]3[/sub] ）/（ t[sub]0[/sub] - t[sub]3[/sub] ） 　　3）、鉛陽極板重量控制 　　在鉛陽極板模到位時(shí)打開電磁閥，鉛陽極板重量達(dá)到澆鑄控制重量W控時(shí)關(guān)電磁閥。 　　鉛陽極板重量：　W = W[sub]0[/sub] - W[sub]1[/sub] + Q （ t[sub]1[/sub] – t[sub]0[/sub] ）+ W提前量 　　W提前量為電磁閥動(dòng)作至澆鑄口引起的重量偏差，較小且相對恒定。 　　根據(jù)鉛陽極板給定重量與實(shí)際重量的誤差，采用PI控制，對下一周期的控制重量W控進(jìn)行誤差補(bǔ)償。 4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 　　由APCI5000系列工控機(jī)、PLC等組成的鉛陽極板澆鑄系統(tǒng)硬件框圖如圖二所示。 [align=center] 圖二 鉛陽極板澆鑄系統(tǒng)硬件框圖[/align] 　　4.1 APCI5000系列工控機(jī) 　　系統(tǒng)中選用了北京康拓工業(yè)電腦公司的APCI5094CPU板、APCI5458A/D板及APCI5476 D/A 板等。 　　APCI5094CPU板是一塊高集成化486單板計(jì)算機(jī)，它具有工業(yè)計(jì)算機(jī)的所有功能，包括CPU、BIOS、超級(jí)I/O芯、二級(jí)高速緩存、RAM存儲(chǔ)器、增強(qiáng)型IDE硬盤驅(qū)動(dòng)器、軟驅(qū)接口、多模式并口、二個(gè)串口、鍵盤/鼠標(biāo)連接器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷、門狗定時(shí)器、平板VGA接口、以太網(wǎng)接口、DOC接口、FLASH電子盤接口等。 　　APCI5458A/D板是一塊智能的光電隔離型32通道16位采集板，采用89C51單片機(jī)作為智能元件，板上帶有雙口RAM芯片，使其可以在不占用主CPU時(shí)間的情況下，獨(dú)立完成A/D采集及數(shù)據(jù)處理。 　　APCI5476為光隔8路12位D/A、16路DI、8路DO多功能接口板，一路D/A的輸出電流信號(hào)送至變頻器，控制鉛泵頻率。 　　秤重傳感器選用了高精度、小信號(hào)、耐高溫的拉力傳感器;高精度、低飄移運(yùn)算放大器組成放大電路，將重量信號(hào)近程放大后再遠(yuǎn)程傳送至工控機(jī)。 　　4.2 PLC 　　可編程序控制器（PLC）采用FBE-40MC型，它與APCI5000系列工控機(jī)通過串行方式通信。 　　開關(guān)量輸入信號(hào)包括：鉛陽極板模到位、鏈條到位、 平板退到位等，到位信號(hào)由LJKB-20/200接近開關(guān)檢測得到。 　　現(xiàn)場控制信號(hào)包括：失重法/定時(shí)法、自動(dòng)/手動(dòng)、停澆鑄、停脫模、停圓盤等各種控制信號(hào)。 　　開關(guān)量輸出信號(hào)包括：澆鑄閥、脫模閥、平板閥、撥距閥的控制信號(hào)，以及圓盤和鏈條的啟?？刂频刃盘?hào)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用液壓閥系統(tǒng)，以保證動(dòng)作執(zhí)行的準(zhǔn)確可靠性，它具有沖力小、力量大、耐用等特點(diǎn)。 5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 　　本系統(tǒng)本文以APCI5000系列工控機(jī)為核心，工控機(jī)與PLC通過串行方式通信，工控機(jī)部分軟件用C語言編寫，采用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)思想，程序結(jié)構(gòu)清晰。 　　5.1 主程序模塊 　　該模塊主要完成系統(tǒng)及串行通信的初始化，實(shí)現(xiàn)各種控制功能等，軟件框圖如圖三所示。 [align=center] 圖三 主程序框圖[/align] 　　5.2 開機(jī)澆鑄模塊 　　該模塊包括動(dòng)態(tài)失重法澆鑄和定時(shí)法澆鑄。 　　1）、動(dòng)態(tài)失重法澆鑄：在鉛液無回流時(shí)，澆鑄過程為：測量鉛液流量——-鉛模到位測初重W[sub]0[/sub]——-打開澆鑄閥并監(jiān)測鉛陽極板重量——-關(guān)澆鑄閥——-調(diào)整鉛泵頻率。 　　在開機(jī)溶鉛或現(xiàn)場暫停澆鑄等有回流的情況下，采用定時(shí)法澆鑄，檢測到無回流時(shí)，再采用動(dòng)態(tài)失重法澆鑄。 　　2）、定時(shí)法澆鑄過程：關(guān)澆鑄閥——-鉛模到位——-打開澆鑄閥——-定時(shí)澆鑄——-關(guān)澆鑄閥——-調(diào)整鉛泵頻率。 　　5.3 停機(jī)模塊 　　在開機(jī)澆鑄狀態(tài)下，使系統(tǒng)停止?jié)茶T。 　　5.4參數(shù)修改模塊 　　在系統(tǒng)處于停機(jī)、開機(jī)澆鑄的狀態(tài)下，可以在線或離線對給定鉛陽極板重量、提前重量、定時(shí)法澆鑄時(shí)間等參數(shù)進(jìn)行修改，工控機(jī)對修改后的結(jié)果保存在電子盤中。 　　5.5 數(shù)據(jù)清零模塊 　　在系統(tǒng)處于停機(jī)狀態(tài)下，可以對班澆鑄錠數(shù)及班澆鑄重量清零，工控機(jī)對修改后的結(jié)果保存在電子盤中。 　　5.6 標(biāo)定模塊 　　系統(tǒng)處于停機(jī)狀態(tài)下有效，標(biāo)定過程為：測重量G0 ――掛法碼――測重量G1——計(jì)算標(biāo)定系數(shù)。 　　系統(tǒng)執(zhí)行某種功能時(shí)，顯示器上有相應(yīng)的功能顯示或操作提示。 6 結(jié)束語 　　該系統(tǒng)與原有定時(shí)法澆鑄系統(tǒng)相比，采用動(dòng)態(tài)失重法澆鑄誤差小，提高了鉛陽極板生產(chǎn)的成品合格率，由于對鉛泵頻率進(jìn)行控制，儲(chǔ)槽中的鉛液無回流，減少了氧化渣的產(chǎn)生，降低了能耗。 參考文獻(xiàn) 　　1 凌澄主編。PC總線工業(yè)控制系統(tǒng)精粹。清華大學(xué)出版社，1998年 　　2 王彤編。PC機(jī)在測量和控制中的應(yīng)用。哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1995年