关键词: 工控机 定量浇铸 动态失重法 铅阳极板
1 引言
对于铅阳极板的定量浇铸，目前国内通常采用定时控制或容积定量控制，定时法控制通过控制浇铸的时间来达到定量目的，容积定量控制是按设定的金属容积进行计量，由于受铅液的流量、流速、氧化渣、浇铸口或储铅槽结渣等诸多因素的影响，计量误差较大，产品成品率较低。我们对某冶炼厂定时控制浇铸系统进行技术改造，研制出无回流动态失重法定量浇铸微机控制系统，解决了计量精度问题。
2 生产工艺要求及性能指标
铅液从铅锅通过铅泵注入储铅槽，由变频器控制铅泵的频率，即控制注入铅液的流量;储铅槽的秤重计量装置、电磁阀控制从储铅槽浇铸至铅阳极板模中的铅液重量。
1）、铅阳极板重量控制
主要的性能指标为：每次浇铸重量120±4KG。浇铸时间小于8秒，浇铸周期18秒，具有定时法浇铸、动态失重法浇铸两种控制方式并能互相切换。
2）、铅液无回流控制
对储铅槽中的铅液重量进行监控，每个浇铸周期内只调整一次铅泵频率，确保在浇铸时间内注入铅液的流量恒定，并使铅液不回流至铅锅。
3）、动态在线显示生产过程、储铅槽料重、铅阳极板重、班产量等数据，以及运行参数的在线修改和显示。
3、浇铸控制原理
动态失重法浇铸的时序图如图一所示。
t0时刻铅阳极板模到位，打开电磁阀进行浇铸;t1时刻浇铸重量达到控制重量关电磁阀;t2时刻调整铅泵频率;t3至t0时间内测量注入储铅槽中的铅液流量。
1）、铅液无回流控制
浇铸完铅阳极板后，每个浇铸周期的同一时刻t2，对铅泵的频率f进行调整。根据计量槽的控制重量Wg和计量槽料重W1，计算重量误差E，采用PI控制确定铅泵频率
重量误差： E（k） = Wg - W1
铅泵频率： f（k）= f（k-1） + Kp [ E（k） - E（k-1） ] + KI E（k）
2）、铅液流量检测
由于在整个浇铸周期内一直往储铅槽中注入铅液，需在浇铸前确保铅液流量恒定，并测出该流量，因此，在铅液流量已稳定后的t3至t0时间内测量铅液流量Q。
铅液流量： Q=（W0 - W3 ）/（ t0 - t3 ）
3）、铅阳极板重量控制
在铅阳极板模到位时打开电磁阀，铅阳极板重量达到浇铸控制重量W控时关电磁阀。
铅阳极板重量： W = W0 - W1 + Q （ t1 – t0 ）+ W提前量
W提前量为电磁阀动作至浇铸口引起的重量偏差，较小且相对恒定。
根据铅阳极板给定重量与实际重量的误差，采用PI控制，对下一周期的控制重量W控进行误差补偿。
4 系统硬件设计
由APCI5000系列工控机、PLC等组成的铅阳极板浇铸系统硬件框图如图二所示。
图二 铅阳极板浇铸系统硬件框图
4.1 APCI5000系列工控机
系统中选用了北京康拓工业电脑公司的APCI5094CPU板、APCI5458A/D板及APCI5476 D/A 板等。
APCI5094CPU板是一块高集成化486单板计算机，它具有工业计算机的所有功能，包括CPU、BIOS、超级I/O芯、二级高速缓存、RAM存储器、增强型IDE硬盘驱动器、软驱接口、多模式并口、二个串口、键盘/鼠标连接器、实时时钟/日历、门狗定时器、平板VGA接口、以太网接口、DOC接口、FLASH电子盘接口等。
APCI5458A/D板是一块智能的光电隔离型32通道16位采集板，采用89C51单片机作为智能元件，板上带有双口RAM芯片，使其可以在不占用主CPU时间的情况下，独立完成A/D采集及数据处理。
APCI5476为光隔8路12位D/A、16路DI、8路DO多功能接口板，一路D/A的输出电流信号送至变频器，控制铅泵频率。
秤重传感器选用了高精度、小信号、耐高温的拉力传感器;高精度、低飘移运算放大器组成放大电路，将重量信号近程放大后再远程传送至工控机。
4.2 PLC
可编程序控制器（PLC）采用FBE-40MC型，它与APCI5000系列工控机通过串行方式通信。
开关量输入信号包括：铅阳极板模到位、链条到位、 平板退到位等，到位信号由LJKB-20/200接近开关检测得到。
现场控制信号包括：失重法/定时法、自动/手动、停浇铸、停脱模、停圆盘等各种控制信号。
开关量输出信号包括：浇铸阀、脱模阀、平板阀、拨距阀的控制信号，以及圆盘和链条的启停控制等信号。执行机构采用液压阀系统，以保证动作执行的准确可靠性，它具有冲力小、力量大、耐用等特点。
5 系统软件设计
本系统本文以APCI5000系列工控机为核心，工控机与PLC通过串行方式通信，工控机部分软件用C语言编写，采用结构化程序设计思想，程序结构清晰。
5.1 主程序模块
该模块主要完成系统及串行通信的初始化，实现各种控制功能等，软件框图如图三所示。
图三 主程序框图
5.2 开机浇铸模块
该模块包括动态失重法浇铸和定时法浇铸。
1）、动态失重法浇铸：在铅液无回流时，浇铸过程为：测量铅液流量——-铅模到位测初重W0——-打开浇铸阀并监测铅阳极板重量——-关浇铸阀——-调整铅泵频率。
在开机溶铅或现场暂停浇铸等有回流的情况下，采用定时法浇铸，检测到无回流时，再采用动态失重法浇铸。
2）、定时法浇铸过程：关浇铸阀——-铅模到位——-打开浇铸阀——-定时浇铸——-关浇铸阀——-调整铅泵频率。
5.3 停机模块
在开机浇铸状态下，使系统停止浇铸。
5.4参数修改模块
在系统处于停机、开机浇铸的状态下，可以在线或离线对给定铅阳极板重量、提前重量、定时法浇铸时间等参数进行修改，工控机对修改后的结果保存在电子盘中。
5.5 数据清零模块
在系统处于停机状态下，可以对班浇铸锭数及班浇铸重量清零，工控机对修改后的结果保存在电子盘中。
5.6 标定模块
系统处于停机状态下有效，标定过程为：测重量G0 ――挂法码――测重量G1——计算标定系数。
系统执行某种功能时，显示器上有相应的功能显示或操作提示。
6 结束语
该系统与原有定时法浇铸系统相比，采用动态失重法浇铸误差小，提高了铅阳极板生产的成品合格率，由于对铅泵频率进行控制，储槽中的铅液无回流，减少了氧化渣的产生，降低了能耗。
参考文献
1 凌澄主编。PC总线工业控制系统精粹。清华大学出版社，1998年
2 王彤编。PC机在测量和控制中的应用。哈尔滨工业大学出版社，1995年
