采用视频摄像技术的控制系统优化方案

当浇注工浇注铸型时，他的眼睛看着浇口杯而他的手开始倾转浇注包。他观察着铁水浇到浇口杯的同时在头脑中不停地考虑着铁水浇注速率和浇口杯中的液面高度。当液面到达要求的高度时即停止浇注。浇注工的手、眼睛和大脑一起构成了一个基本的闭环自适应控制系统。在生产率低的铸造厂中人工浇注可以解决问题，但在现代化的生产率很高的情况下这种传统的人工浇注法就无法适应了。

视频摄像控制系统就是再现浇注工的眼手协调的一种系统。浇注工的眼睛为摄像机所取代，他的思考过程为一台计算机所取代，而他的手则为伺服驱动机构所取代。视频摄像控制系统提供了一个可满足每小时浇注超过500个铸型的闭环自适应控制系统。

现以一台底注式浇注机 （见图4-25）为例来阐述这种控制系统。从图4-26中可见浇注包及其柱塞关闭和提升机构。后者为交流伺服电动机驱动、计算机控制。塞杆最大垂直速度为190mm/s，最大加速度为10000mm/s2，塞杆质量为16kg。该机构能以最大为305kg的力闭合出铁口。同时，柱塞定位精度为1mm，而闭合力可以控制在1.5kg的精度范围内。

图4-25　自动化底注式浇注机

（a）俯视图；（b）侧视图；（c）正视图

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图4-26　底注式浇注包

这种控制系统采用CCD （电荷耦合器件）摄像机来监控浇口杯中的铁水状况。因为铁水放射出很亮的光，浇口杯中的铁水和深暗的砂型表面的对比度极好。

摄像机检测到的浇口杯的图像由一专用的计算机进行数字化和过滤 （见图4-27）。该数字化了的信息经计算机处理以便准确地确定相对于砂型表面的铁水液面。

一旦液面被确定，就将其和预先设定的为生产优质铸件所需要的液面位置进行比较。设定值和实际液面位置之间的误差即被计算出来。基于此误差值及当时的塞杆状况，复杂的非线性控制算法发出指令，让塞杆移动来调节铁水流量，使误差化为极小值。

该算法考虑了若干时间变量，诸如浇注包中的铁水液面高度、出铁口状况及铁水液流由浇注包出铁口下落到砂型的延时。该算法有很好的鲁棒性（即控制系统在其特性或参数发生摄动时仍可使品质指标保持不变的性能）和自适应性。

这种采用视频摄像技术的视频控制系统能精确地控制浇注，即使在向浇注包补充铁水时或者在造型线所用的模板更换之后也能很好地发挥作用。

除此之外，计算机还可通过触发安装在浇注机定位系统中的伺服控制油缸来控制浇注包的位置。摄像机也可监控浇口杯是否与铁水流对准。