6063鋁合金熔鑄生產工藝過程控制研究

王高寶，石偉和

（1.廣西正泓能源科技有限公司，廣西 南寧 530000；2.百色學院，廣西 百色 533000）

6063鋁合金熔鑄生產工藝過程控制是在鋁合金發展中對生產質量進行控制的有效途徑，通過提高鋁合金熔鑄生產工藝過程中的穩定性以及安全性，在解放勞動力的同時，降低6063鋁合金熔鑄生產成本。為保證6030鋁合金的綜合性能，將Si含量控制在0.09%～0.13%。通過鋁合金熔鑄生產工藝過程控制，對鋁合金熔鑄所涉及的活動過程及其相互關系加以分析，識別，進而予以系統管理，實現對鋁合金熔鑄生產相關過程及其結果的有限控制，以達到鋁合金熔鑄生產工藝全過程管控的目的，進而為有關部門提供更加科學、客觀、準確的控制數據和鑒定結論，更好的為6063鋁合金熔鑄生產提供助力。但目前，我國針對6063鋁合金熔鑄生產工藝過程控制的研究并不多見，與國外先進的鋁合金熔鑄生百色學院產工藝相比存在較大的落差。為此，本文提出6063鋁合金熔鑄生產工藝過程控制研究，致力于通過設計一種新型6063鋁合金熔鑄生產工藝過程控制方法，提高6063鋁合金熔鑄生產質量。希望通過本文研究，能夠提高相關學者對6063鋁合金熔鑄生產工藝過程控制方面的關注度，為該領域的進一步研究提供更廣闊的發展空間。

1 6063鋁合金熔鑄生產工藝過程控制方法

在本文設計的6063鋁合金熔鑄生產工藝過程控制方法中，首先，要進行鋁合金熔鑄生產工藝參數設定；再進行鋁合金熔鑄前的檢查工作以及準備工作，通過對變量數據進行定義，控制鋁合金熔鑄生產工藝過程數據變量，進行傳送；再將從鋁合金熔鑄生產現場采集到的數據與傳送數據進行比較；最后，通過鋁合金熔鑄生產工藝過程控制方程，在滿足控制要求的情況下，驅動執行機構，對6063鋁合金熔鑄生產工藝過程進行控制。可以將本文設計的控制方法中的主要內容分為三步驟，逐一進行詳細說明。

1.1 計算鋁合金熔鑄生產工藝過程控制參數

本文選定連續鑄造機在鋁合金熔鑄生產工藝過程中三個關鍵控制參數進行整定，其中包括：鋁合金熔鑄鑄造速度、鋁合金熔鑄比例度以及升降調速機位移[1]。

圖1 鋁合金熔鑄生產裝置圖

基于6063鋁合金熔鑄生產工藝過程復雜、多樣化的特點，采用由內向外逐級原則進行鋁合金熔鑄生產工藝過程控制參數計算。首先，計算鋁合金熔鑄速度，設鋁合金熔鑄速度為V，則其計算公式，如公式（1）所示。

在公式（1）中，L指的是快速熔斷位移；S指的是鋁合金熔鑄所使用時間。在此基礎上，計算鋁合金熔鑄比例度，鋁合金熔鑄比例度為U，則其計算公式，如公式（2）所示。

在公式（2）中，N指的是每分鐘脈沖個數，為實數；P指的是每發出一個脈沖所流過的油的體積。最后，計算鋁合金熔鑄升降調速機位移，設升降調速機位移為H，則其計算公式，如公式（3）所示。

通過公式（3），鋁合金熔鑄升降調速機位移為控制鋁合金熔鑄生產工藝過程數據變量提供數據基礎。

1.2 控制鋁合金熔鑄生產工藝過程數據變量

根據獲取的鋁合金熔鑄生產工藝過程控制參數得知，部分數據是6063鋁合金熔鑄生產工藝過程中頻繁使用的。因此，本文對鋁合金熔鑄生產工藝過程的全局數據變量進行定義。數據變量定義表，如表1所示。

表1 數據變量定義表

根據表1所示，完成數據變量定義后，可以應用自動化控制程序中的Single MHz環的控制類型載波捕獲靈敏度，通過調整載波捕獲靈敏度，完成鋁合金熔鑄生產工藝過程數據變量控制[2]。設載波捕獲靈敏度的計算表達式為ΔP，則其計算公式，如公式（4）所示。

在公式（4）中，Y指的是控制類型；J指的是等強度電平。根據上述計算公式，可實現鋁合金熔鑄生產工藝過程數據變量的控制。

1.3 控制鋁合金熔鑄生產工藝全過程

通過控制鋁合金熔鑄生產工藝過程數據變量，對6063鋁合金熔鑄生產工藝過程控制的歷史趨勢進行綜合分析。以此為依據，設6063鋁合金熔鑄生產工藝過程控制方程為E，則其計算公式，如公式（5）所示。

在公式（5）中，kv指的是鋁合金熔鑄速度下的過程控制正序無功功率；s指的是控制特征；W指的是鋁合金熔鑄生產工藝過程控制誤差比例系數[3]。通過公式（5）可以將6063鋁合金熔鑄生產工藝過程控制看作是控制點的一種延伸，將6063鋁合金熔鑄生產工藝過程內所包含的質量控制信息無縫承接。與此同時，本文得出的控制方程表達方式能夠被計算機識別，可以通過該控制方程實現鋁合金熔鑄生產工藝過程控制。

根據上述提出的過程控制方程，利用PIC技術中的頻率跟蹤功能，以提升鋁合金熔鑄生產工藝過程控制信息頻率跟蹤的核心，控制A/D轉換輸出的鑄錠缺陷檢查界面。將波形器產生的信號作為時鐘信號，則變負載狀態下控制頻率之間呈現負相關關系。因此，其最小值便為跟蹤點控制頻率的最大值。為提高鋁合金熔鑄生產工藝過程控制精度，本文通過記錄每次控制信號的金屬控制銷狀態，以此獲取鋁合金熔鑄生產工藝過程中實時的質量狀態。若存在當次記錄值高于上次記錄值，保留此次數值，反之保留上一次數值，當鋁合金熔鑄生產工藝過程控制信息頻率增加超過驅動電源變負載狀態下的額定值時，記錄在額定范圍內的最大控制信息頻率。假定超聲驅動振動諧波頻率在此范圍內，此時狀態下控制信息頻率對應的頻率值即為關鍵變量。在實際進行控制時，能夠根據獲得相關過程控制信息，實時掌握鋁合金熔鑄生產工藝過程情況，控制鋁合金熔鑄生產工藝全過程。以此，完成6063鋁合金熔鑄生產工藝過程控制。

2 實例分析

2.1 實驗準備

本次實例分析選取某6063鋁合金制備工廠為實驗對象，6063鋁合金熔鑄過程數據設定參數包括：設備額定功率3000kW；將保持時間設定為3秒；供油壓力為0.015Mpa；給定氣壓為0.58Mpa；實際氣壓為0.15Mpa，并將鑄井水位上下限控制在100cm～200cm范圍內。本次實驗內容為測試兩種控制方法的控制偏度誤差，控制偏度誤差數值越低，證明該控制方法的控制精度越高。以每1h為一個測試節點，分別使用傳統的控制方法以及本文設計的控制方法進行對比實驗，設置傳統的控制方法為實驗對照組。針對得出的實驗結果進行記錄，從而判斷控制精度更高的控制方法。

2.2 實驗結果分析與結論

根據上述設計的實驗，將兩種控制方法下得到的控制偏度誤差進行對比。為了更直觀地表現出兩種控制方法在控制偏度誤差之間的差異性，將實驗結果繪制為折線圖，如下圖2所示。

圖2 控制偏度誤差對比圖

通過圖2可得出如下的結論：本文設計的控制方法在相同的測試時間中控制偏度誤差相較于實驗對照組更低，控制精度更高，能夠實現6063鋁合金熔鑄生產工藝過程控制。通過實例分析的方式可以證明所設計的控制方法其各項功能可以滿足設計要求，可以廣泛應用于6063鋁合金熔鑄生產工藝過程控制方面。

3 結束語

考慮到6063鋁合金熔鑄生產工藝過程控制愈發的受到重視，6063鋁合金熔鑄生產工藝過程控制方法經歷了從起步到快速發展的階段。因此，本文對6063鋁合金熔鑄生產工藝過程控制進行基于PIC技術的優化設計是十分必要的，通過實例分析證明具有現實意義，并且能夠取得一定的研究成果，可以應用在鋁合金熔鑄生產工藝過程控制方面，為鋁合金熔鑄生產工藝過程控制提供理論支持。有理由將PIC技術作為鋁合金熔鑄生產工藝過程控制方法中的核心技術，并加大該技術在鋁合金熔鑄生產工藝過程控制方法中的應用投入。但本文唯一不足之處在于，沒有對鋁合金熔鑄生產工藝過程控制問題歸零方法進行深入分析，相信這一點，可以作為鋁合金熔鑄生產工藝過程控制領域日后的研究內容之一。