CN117206485A - 一种电机定转子自动离心浇铸生产装置及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电机定转子自动离心浇铸生产装置及其控制方法。该系统包括铝液熔炼单元、铝液转运浇注单元、离心铸造工作台以及电气控制单元。电气控制单元对各单元的工作参数进行实时监控和精确控制，以保证铝液配制、转运和浇注的稳定性，提高离心铸造过程中的转子转速和铝液分布的均匀性，有效抑制各单元的振动和异常情况，从而确保铸件的质量。该系统还设置了故障诊断与预警模块、人机交互模块等，实现了对设备运行状态的监测、故障预警、人机交互等智能化控制与优化。整个系统实现了对电机定转子自动离心浇铸生产装置的闭环控制，有效提升了自动化水平与生产效率，降低了生产成本，改善了产品质量与稳定性。
Description
技术领域
本发明属于离心铸造技术领域，涉及一种离心浇铸生产装置的控制系统及其控制方法，尤其涉及一种电机定转子自动离心浇铸生产装置及其控制方法，可有效解决现有电机定转子自动离心浇铸生产装置控制中主要基于人为经验进行控制而对产品质量和生产效率可能造成潜在不良影响的问题。
背景技术
电机定转子铁芯是电机中用于传导磁通量的重要部件，其质量和性能直接影响电机的效率和可靠性。电机定转子铁芯的制造方法主要有冲压、叠片、浇铸等，其中浇铸方法又分为静态浇铸和离心浇铸。静态浇铸是指将液体金属注入固定的模具中，利用重力或压力将金属液填充到模具内部空腔，然后冷却凝固，形成铁芯。离心铸造是将熔融的金属液体注入高速旋转的铸型内，使熔融的金属液体在高速旋转的铸型内做离心运动充满铸型并形成铸件的技术和方法。相比于静态浇铸，离心浇铸具有以下优点：可以提高金属液的流动性和填充能力，减少气孔和夹杂物，提高铁芯的密度和强度；可以实现复杂形状和结构的铁芯的一次成型，减少后续加工和装配的工序和成本；可以使用不同种类和成分的金属液，满足不同电机的性能要求。此外，离心浇铸所用的设备不太复杂，且操作技术比较简单。因此，电机定转子离心浇铸相比于静态浇铸更加广泛应用于各种类型和规格的电机生产中。
电机定转子离心浇铸生产装置技术是指通过一系列设备和控制系统，实现电机定转子离心浇铸工艺过程，主要包括离心浇铸机、熔炼炉、预热炉、浇铸机械手等。其中，离心浇铸机是离心浇铸生产装置的核心设备，主要用于形成铸型并使液态金属在高速旋转的情况下均匀分布。熔炼炉主要用于将电机定转子所需的金属材料加热至液态，为后续的浇铸过程提供原材料。预热炉主要用于预热待浇铸的模具，以确保其达到适宜的浇铸温度，从而提高产品质量。而浇铸机械手则用于自动化地完成浇铸操作，浇铸机械手的操作精度和稳定性对浇铸质量有重要影响。此外，离心浇铸生产装置还配备设置有相应的控制系统，以实现各设备的自动控制和协调控制，控制系统的性能直接影响生产装置的自动化程度和生产效率。
电机定转子离心浇铸的关键是控制好转速、温度、压力等参数，以保证金属液的均匀分布和充分填充。目前，大多数生产装置主要根据人为经验控制其运行，导致铸件质量不稳定，甚至出现缺陷。例如，当金属液温度过低时，铸件容易出现气孔、裂纹等缺陷；当金属液温度过高时，铸件容易出现缩松、变形等缺陷。此外，模具的温度也会影响铸件的质量，如果模具温度过高，会导致金属液的流动性降低，铸件容易出现气孔、冷隔等缺陷；如果模具温度过低，会导致金属液的流动性增加，铸件容易出现缩松、变形等缺陷。这些问题和挑战直接影响着电机定转子生产装置的铸造质量和生产效率。因此，如何对离心浇注生产装置进行有效的控制，是一个亟待解决的技术问题。
发明内容
(一)发明目的
针对现有技术的上述缺陷和不足，本发明旨在提供一种电机定转子自动离心浇铸生产装置及其控制方法，以解决现有电机定转子自动离心浇铸生产装置控制中主要基于人为经验进行控制而对产品质量和生产效率可能造成潜在不良影响的技术问题。
(二)技术方案
为实现该发明目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第1个发明目的在于提供一种电机定转子自动离心浇铸生产装置，至少包括一铝液熔炼作业单元、一铝液转运浇注作业单元、一离心铸铝工作台以及一电气控制单元，其特征在于，
所述铝液熔炼作业单元设置在所述铝液转运浇注作业单元的上游作业区并与所述电气控制单元通信连接，至少包括一固定设置在地面上的支撑机架，所述支撑机架上至少设有一倾斜角度受控可调的熔铝炉，所述熔铝炉内至少配设有与所述电气控制单元通信连接的一电热元件，所述电热元件用于将铝块通过电热方式熔化为铝液；
所述铝液转运浇注作业单元设置在所述铝液熔炼作业单元与离心铸铝工作台之间并与所述电气控制单元通信连接，至少包括一固定设置在地面上的底座，所述底座上至少设有一机械手，所述机械手用于夹持转运铝水包、实时调节所述铝水包的倾倒角度并实现所述铝水包的在线称重；
所述离心铸铝工作台设置在所述铝液转运浇注作业单元的下游作业区并与所述电气控制单元通信连接，至少包括一顶面位于地面以上的法兰盘以及一设置在地面以下的电机驱动装置，其中，所述法兰盘的顶面边沿位置处沿周向均匀分布设置有若干高度可调拉杆，所述法兰盘的顶面通过其上设置的若干高度可调拉杆同心固定设置一沿竖直方向布置的转子铁心以及位于所述转子铁心上、下两端的一上模具、一下模具，所述电机驱动装置至少包括一固定设置在所述法兰盘底面中心处的驱动轴以及一与所述驱动轴传动连接的电动机；
所述电气控制单元至少包括一数据采集模块、一数据处理模块、一数据存储模块以及一数据输出模块，其中，
所述数据采集模块用于采集各作业单元和工作台的各项实时数据，将其转换为数字或模拟信号，并通过有线或无线方式传输给所述数据处理模块，
所述数据处理模块用于对所述数据采集模块采集接收的各项实时数据进行分析和处理，根据预设或自适应的控制参数和控制算法生成相应的控制信号，并通过有线或无线方式传输给所述数据输出模块，
所述数据存储模块用于对所述数据采集模块采集接收的各项实时数据以及所述数据处理模块分析处理的各项结果数据进行存储和管理，并提供相应的接口和协议与其他模块进行数据交换，
所述数据输出模块用于接收并执行所述数据处理模块生成的控制信号，并通过有线或无线方式传输给各作业单元和工作台，以实现对所述铝液熔炼作业单元、铝液转运浇注作业单元及离心铸铝工作台的实时调节控制。
优选地，所述铝液熔炼作业单元中，所述熔铝炉内至少还配设有与所述电气控制单元通信连接的一温度传感器，所述温度传感器用于监测所述熔铝炉内部的温度并将温度信息反馈输送至所述电气控制单元，所述电气控制单元根据所接收的温度信息通过调节所述电热元件的加热功率精确控制铝液的温度，以保证铝液的流动性和铸造质量。
进一步地，所述铝液熔炼作业单元中，所述支撑机架与熔铝炉之间设有若干与所述电气控制单元通信连接的液压调节支杆，各所述液压调节支杆用于受控调节所述熔铝炉的倾斜角度，以向所述铝液转运浇注作业单元的铝水包中注入铝液。
优选地，所述铝液转运浇注作业单元中，所述机械手上至少配设有与所述电气控制单元通信连接的一称重传感器、一温度传感器以及若干伺服电机，所述称重传感器、温度传感器分别用以测量铝水包的重量、温度并将相关信息反馈输送至所述电气控制单元，所述电气控制单元根据所接收的各项实时数据通过控制各所述伺服电机调节所述机械手的运动位置、夹持力度以及倾斜角度，以确保铝液的转运、稳定流出和均匀分配。
优选地，所述离心铸铝工作台中，所述电机驱动装置配套设置有与所述电气控制单元通信连接的一变频器和一旋转编码器，所述旋转编码器用以测量电动机的转速和加速度并将其反馈输送至所述电气控制单元，所述电气控制单元根据所接收的各项实时数据通过控制所述变频器调节电动机的工作频率实现对其转速和加速度的精确控制，以保证离心铸造过程中铝液的均匀分布和冷却速度。
优选地，所述离心铸铝工作台中，所述法兰盘上配套设置有与所述电气控制单元通信连接的振动传感器，所述振动传感器用以实时监测所述法兰盘及其上设置的转子铁心及上下模具的振动情况并将其反馈输送至所述电气控制单元，所述电气控制单元根据所接收的振动数据进行分析判断，并根据分析判断结果对运行参数进行实时调整，以抑制振动、提高铸件质量。
优选地，所述离心铸铝工作台中，所述电机驱动装置还配套设置有一与所述电动机电连接并与所述电气控制单元通信连接的电阻制动器，所述电阻制动器用于在离心铸造过程结束后或发生紧急情况时对所述电动机进行快速制动和停止，以避免因惯性作用导致的铝液溢出和转子铁心及上下模具的损坏。
进一步地，所述电阻制动器根据所述电气控制单元的控制信号或手动开关的操作信号，通过改变电阻值的大小来调节电动机的回路电流和电压，从而实现对电动机的有效制动。
进一步地，所述电气控制单元根据转子惯性、减速需求及制动特性参数计算制动控制曲线，控制电阻制动器接入电路，对电动机进行电阻制动，使转子转速按优化曲线平稳减速至静止，以利于转子铁心内部残余液相的流动，防止因突然停止而造成的湍流和回填，减少缩松缺陷的生成。
优选地，所述电气控制单元还设有一人机交互模块，所述人机交互模块用于对所述数据采集模块采集并接收的各项实时数据以及所述数据处理模块分析和处理的各项结果数据进行显示和可视化，并提供相应的界面和功能与操作人员进行信息交互，包括但不限于接收操作人员输入的各项控制信号和参数，向操作人员提供各项提示和警告、展示各项状态和信息。
进一步地，所述电气控制单元还设有一故障诊断和预警模块，所述故障诊断和预警模块用于对各作业单元和工作台的运行状态和工作参数进行实时监测和分析，并对可能发生的设备故障或工作异常进行识别、判断并及时发出预警，以防止生产装置的故障和停机。
进一步地，所述故障诊断和预警模块对监测分析得到的设备故障或工作异常信息反馈输送至所述人机交互模块和数据输出模块，所述人机交互模块用于对所述故障诊断和预警模块监测并接收的各项故障和异常信息进行显示和可视化，并提供相应的界面和功能与操作人员进行信息交互，包括但不限于向操作人员提供故障原因和解决方案的建议，向操作人员提供紧急停止和恢复的指令，所述数据输出模块用于接收并执行所述故障诊断和预警模块生成的控制信号，并通过有线或无线方式传输给各作业单元和工作台，以实现对生产装置的安全保护和故障处理。
本发明的第2个发明目的在于提供一种电机定转子自动离心浇铸生产装置的控制方法，所述控制方法基于上述第1个发明目的提供的电机定转子自动离心浇铸生产装置，其特征在于，所述控制方法至少包括如下控制步骤：
SS1.控制所述铝液熔炼作业单元，通过设置在所述熔铝炉中的电热元件，将铝液温度加热控制到设定温度；
SS2.控制所述离心铸铝工作台，将达到预热温度的转子铁心及其上下模具通过各所述高度可调拉杆固定设置在所述离心铸铝工作台的法兰盘上；
SS3.控制所述铝液转运浇注作业单元，将夹持固定有铝水包的机械手通过转动方式转运至所述熔铝炉的出液口处，并通过控制所述熔铝炉的倾斜角度将其中的铝液通过其出液口注入所述铝水包中；
SS4.继续控制所述铝液转运浇注作业单元，通过转动其机械手将盛装有铝液的铝水包旋转运动至所述离心铸铝工作台，并精确控制所述机械手的位置使所述铝水包的出液口正对所述上模具的浇口位置；
SS5.控制所述离心铸铝工作台，启动电动机并使其转速按照设定的转速控制曲线在第一设定时间间隔Δt1内由静止状态升速至一小于满速浇注转速ωf的启动浇注转速ω1；
SS6.协调控制所述铝液转运浇注作业单元及离心铸铝工作台，在所述电动机的转速ω升速至启动浇注转速ω1时，控制所述铝液转运浇注作业单元，通过其机械手控制所述铝水包出液口的倾斜角度，将铝液通过所述上模具的浇口浇注到处于旋转状态的所述转子铁心及其上下模具中，同时控制所述离心铸铝工作台，使所述电动机的转速ω按照设定的转速控制曲线在第二设定时间间隔Δt2内由启动浇注转速ω1升速至满速浇注转速ωf，并在所述第二设定时间间隔Δt2以及处于满速状态的第一满速时间间隔Δt31内，通过所述机械手控制铝水包的出液量达到第一预设浇注量W1；
SS7.继续协调控制所述铝液转运浇注作业单元及离心铸铝工作台，在所述电动机的转速ω仍处于满速状态的第二满速时间间隔Δt32内，通过所述机械手控制铝水包的出液量达到剩余的第二预设浇注量W2，其中所述第二预设浇注量W2小于第一预设浇注量W1，且在电动机处于满速状态的第一满速时间间隔Δt31及第二满速时间间隔Δt32内，铝液在离心力的作用下结晶凝固；
SS8.继续控制所述离心铸铝工作台，关闭所述电动机，使其转速ω按照设定的转速控制曲线在第二设定时间间隔Δt3内由满速状态而降速至停车状态，从而完成整个浇注过程。
优选地，上述步骤SS1中，所述电气控制单元中的数据采集模块通过设置在所述熔铝炉内的温度传感器实时采集其内部的铝液温度信息T，所述数据处理模块根据所述铝液温度信息T以及预设目标温度，利用PID算法计算出误差值，并根据比例、积分和微分三个环节对误差值进行处理，生成相应的控制信号，并通过电热元件对铝液进行加热控制，从而实现对所述熔铝炉内温度控制的快速响应、稳定输出和抑制干扰。
优选地，上述步骤SS3中，所述电气控制单元中的数据采集模块通过设置在所述铝液熔炼作业单元中各上述液压调节支杆上的位移传感器实时采集所述熔铝炉的倾斜状态信息，所述数据处理模块根据所述熔铝炉的倾斜状态信息动态调整各所述液压调节支杆的伸缩长度，从而实现对所述熔铝炉倾斜角度的精确控制。
优选地，上述步骤SS6、SS7中，所述电气控制单元中的数据采集模块通过设置在所述机械手上的称重传感器实时采集铝水包的重量信息m，所述数据处理模块根据所述铝水包的重量信息m，计算出铝水包中实时铝液量，并根据预设或自适应的有关浇注时间和速度的浇注速度函数m＝g(V，t)，计算出相应的浇注时间t和浇注速度V，并生成所述机械手关于铝水包倾斜时机和倾斜角度的控制信号，所述倾斜角度与铝水量的浇注速度V直接相关。
优选地，上述步骤SS6、SS7中，所述电气控制单元中的数据采集模块通过设置在所述电动机上的旋转编码器实时测量电动机的转速信息ω、加速度信息α，所述数据处理模块根据所述电动机的转速信息ω和加速度信息α，计算出电动机当前的工作状态，并根据预设或自适应的转速控制曲线函数ω＝f(ω，t)、α＝f’(ω，t)，生成电动机相应的转速控制信号。
进一步地，上述步骤SS6、SS7中，所述转速控制曲线函数ω＝f(ω，t)在所述电动机的升速阶段、满速保持阶段以及减速阶段的表达式如下：
其中，k1、k2分别为线性升速系数、线性减速系数。
优选地，上述步骤SS6、SS7中，所述电气控制单元中的数据采集模块通过设置在所述法兰盘上的振动传感器实时测量所述法兰盘及其上设置的转子铁心及上下模具的振动情况，所述数据处理模块根据所接收的振动数据进行分析判断，并根据分析判断结果对运行参数进行实时调整，以抑制振动、提高铸件质量。
优选地，上述步骤SS6、SS7中，如果所检测到的振动幅度超过设定值，则所述数据处理模块发出报警信号，并根据振动数据判断异常原因，如果是由于浇注速度和/或离心转速引起的振动，则所述数据处理模块发出控制信号对浇注速度和/或离心转速进行实时调整，以抑制振动、提高铸件质量；如果是由于转子铁心或上下模具的装配位置不准确引起的振动，则所述数据处理模块发出控制信号停止生产。
(三)技术效果
同现有技术相比，本发明的电机定转子自动离心浇铸生产装置及其控制方法具有以下有益且显著的技术效果：
(1)本发明的电机定转子自动离心浇铸生产装置及其控制方法，采用了数据采集模块、数据处理模块、数据存储模块和数据输出模块构成的电气控制单元，实现了对各作业单元和工作台的各项实时数据的采集、分析、处理、存储和输出，以及根据预设或自适应的控制参数和控制算法生成相应的控制信号，实现了对生产装置的实时调节控制。
(2)本发明的电机定转子自动离心浇铸生产装置及其控制方法，采用了温度传感器、称重传感器、旋转编码器、振动传感器等多种传感器，实现了对铝液的温度、重量、流量等参数，以及离心机的转速、加速度、振动等参数的实时监测和反馈，从而为数据处理模块提供了准确可靠的数据来源，为控制信号的生成提供了科学依据。
(3)本发明的电机定转子自动离心浇铸生产装置及其控制方法，采用了电热元件、液压调节支杆、伺服电机、变频器、电阻制动器等多种执行器，实现了对熔铝炉的倾斜角度和加热功率，以及机械手的运动位置、夹持力度和倾斜角度，以及电动机的工作频率、转速和加速度等参数的精确控制，并根据不同阶段和情况进行相应的调节。
(4)本发明的电机定转子自动离心浇铸生产装置及其控制方法，采用了人机交互模块和故障诊断和预警模块，实现了对各项实时数据以及分析处理结果进行显示和可视化，并提供相应的界面和功能与操作人员进行信息交互，以及对可能发生的设备故障或工作异常进行识别、判断并及时发出预警，并提供相应的故障原因和解决方案的建议。
附图说明
图1所示为本发明的电机定转子自动离心浇铸生产装置；
图2所示为本发明的电机定转子自动离心浇铸生产装置的控制方法示意图。
附图标记说明：
铝液熔炼作业单元10，熔铝炉11，电热元件12，温度传感器13，液压调节支杆14，铝液转运浇注作业单元20，底座21，机械手22，铝水包23，称重传感器24，伺服电机25、26，离心铸铝工作台30，电机驱动装置31，转子铁心以及位于其上下两端的上下模具32，电动机33，变频器34，电气控制单元40，数据采集模块41，数据处理模块42，数据存储模块43，数据输出模块44，人机交互模块45。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的结构、技术方案作进一步的具体描述，给出本发明的一个实施例。
如图1所示，本发明的电机定转子自动离心浇铸生产装置，至少包括一铝液熔炼作业单元10、一铝液转运浇注作业单元20、一离心铸铝工作台30以及一电气控制单元40。
铝液熔炼作业单元10设置在铝液转运浇注作业单元20的上游作业区并与电气控制单元40通信连接，至少包括一固定设置在地面上的支撑机架，支撑机架上至少设有一倾斜角度受控可调的熔铝炉11，熔铝炉11内至少配设有与电气控制单元40通信连接的一电热元件12，电热元件用于将铝块通过电热方式熔化为铝液。铝液熔炼作业单元10中，熔铝炉11内至少还配设有与电气控制单元通信连接的一温度传感器13，温度传感器用于监测熔铝炉11内部的温度并将温度信息反馈输送至电气控制单元40，电气控制单元40根据所接收的温度信息通过调节电热元件的12加热功率精确控制铝液的温度，以保证铝液的流动性和铸造质量。此外，支撑机架与熔铝炉11之间设有若干与电气控制单元40通信连接的液压调节支杆14，各液压调节支杆用于受控调节熔铝炉11的倾斜角度，以向铝液转运浇注作业单元的铝水包中注入铝液。
铝液转运浇注作业单元20设置在铝液熔炼作业单元10与离心铸铝工作台30之间并与电气控制单元40通信连接，至少包括一固定设置在地面上的底座21，底座21上至少设有一机械手22，机械手22用于夹持转运铝水包23、实时调节铝水包23的倾倒角度并实现铝水包的在线称重。机械手22上至少配设有与电气控制单元通信连接的一称重传感器24、一温度传感器以及若干伺服电机25、26，称重传感器24、温度传感器分别用以测量铝水包23的重量、温度并将相关信息反馈输送至电气控制单元40，电气控制单元40根据所接收的各项实时数据通过控制各伺服电机调节机械手22的运动位置、夹持力度以及倾斜角度，以确保铝液的转运、稳定流出和均匀分配。
离心铸铝工作台30设置在铝液转运浇注作业单元20的下游作业区并与电气控制单元40通信连接，至少包括一顶面位于地面以上的法兰盘以及一设置在地面以下的电机驱动装置31，其中，法兰盘的顶面边沿位置处沿周向均匀分布设置有若干高度可调拉杆，法兰盘的顶面通过其上设置的若干高度可调拉杆同心固定设置一沿竖直方向布置的转子铁心以及位于其上下两端的上下模具32，电机驱动装置31至少包括一固定设置在法兰盘底面中心处的驱动轴以及一与驱动轴传动连接的电动机33。电机驱动装置31还配套设置有与电气控制单元40通信连接的一变频器34和一旋转编码器，旋转编码器用以测量电动机33的转速和加速度并将其反馈输送至电气控制单元40，电气控制单元40根据所接收的各项实时数据通过控制变频器34调节电动机33的工作频率实现对其转速和加速度的精确控制，以保证离心铸造过程中铝液的均匀分布和冷却速度。
此外，离心铸铝工作台30中，法兰盘上优选配套设置有与电气控制单元40通信连接的振动传感器，振动传感器用以实时监测法兰盘及其上设置的转子铁心及上下模具的振动情况并将其反馈输送至电气控制单元40，电气控制单元40根据所接收的振动数据进行分析判断，并根据分析判断结果对运行参数进行实时调整，以抑制振动、提高铸件质量。
进一步地，电机驱动装置31还优选配套设置有一与电动机33电连接并与电气控制单元40通信连接的电阻制动器，电阻制动器用于在离心铸造过程结束后或发生紧急情况时对电动机进行快速制动和停止，以避免因惯性作用导致的铝液溢出和转子铁心及上下模具的损坏。电阻制动器根据电气控制单元40的控制信号或手动开关的操作信号，通过改变电阻值的大小来调节电动机的回路电流和电压，从而实现对电动机的有效制动。电气控制单元40根据转子惯性、减速需求及制动特性参数计算制动控制曲线，控制电阻制动器接入电路，对电动机33进行电阻制动，使转子转速按优化曲线平稳减速至静止，以利于转子铁心内部残余液相的流动，防止因突然停止而造成的湍流和回填，减少缩松缺陷的生成。
电气控制单元40至少包括一数据采集模块41、一数据处理模块42、一数据存储模块43以及一数据输出模块44，其中：数据采集模块41用于采集各作业单元和工作台的各项实时数据，将其转换为数字或模拟信号，并通过有线或无线方式传输给数据处理模块42；数据处理模块42用于对数据采集模块41采集接收的各项实时数据进行分析和处理，根据预设或自适应的控制参数和控制算法生成相应的控制信号，并通过有线或无线方式传输给数据输出模块44；数据存储模块43用于对数据采集模块41采集接收的各项实时数据以及数据处理模块42分析处理的各项结果数据进行存储和管理，并提供相应的接口和协议与其他模块进行数据交换；数据输出模块44用于接收并执行数据处理模块41生成的控制信号，并通过有线或无线方式传输给各作业单元和工作台，以实现对铝液熔炼作业单元10、铝液转运浇注作业单元20及离心铸铝工作台30的实时调节控制。
此外，电气控制单元40还优选设有一人机交互模块45，人机交互模块45用于对数据采集模块41采集并接收的各项实时数据以及数据处理模块分析和处理的各项结果数据进行显示和可视化，并提供相应的界面和功能与操作人员进行信息交互，包括但不限于接收操作人员输入的各项控制信号和参数，向操作人员提供各项提示和警告、展示各项状态和信息。
进一步地，电气控制单元40还优选设有一故障诊断和预警模块，故障诊断和预警模块用于对各作业单元和工作台的运行状态和工作参数进行实时监测和分析，并对可能发生的设备故障或工作异常进行识别、判断并及时发出预警，以防止生产装置的故障和停机。故障诊断和预警模块对监测分析得到的设备故障或工作异常信息反馈输送至人机交互模块45和数据输出模块44，人机交互模块45用于对故障诊断和预警模块监测并接收的各项故障和异常信息进行显示和可视化，并提供相应的界面和功能与操作人员进行信息交互，包括但不限于向操作人员提供故障原因和解决方案的建议，向操作人员提供紧急停止和恢复的指令，数据输出模块44用于接收并执行故障诊断和预警模块生成的控制信号，并通过有线或无线方式传输给各作业单元和工作台，以实现对生产装置的安全保护和故障处理。
如图2所示，本发明的上述电机定转子自动离心浇铸生产装置在进行控制时，主要包括如下控制步骤：
SS1.控制铝液熔炼作业单元10，通过设置在熔铝炉11中的电热元件12，将铝液温度加热控制到设定温度；
SS2.控制离心铸铝工作台30，将达到预热温度的转子铁心及其上下模具32通过各高度可调拉杆固定设置在离心铸铝工作台的法兰盘上；
SS3.控制铝液转运浇注作业单元20，将夹持固定有铝水包23的机械手22通过转动方式转运至熔铝炉11的出液口处，并通过控制熔铝炉11的倾斜角度将其中的铝液通过其出液口注入铝水包23中；
SS4.继续控制铝液转运浇注作业单元20，通过转动其机械手22将盛装有铝液的铝水包23旋转运动至离心铸铝工作台30，并精确控制机械手22的位置使铝水包23的出液口正对上模具的浇口位置；
SS5.控制离心铸铝工作台30，启动电动机33并使其转速按照设定的转速控制曲线在第一设定时间间隔Δt1内由静止状态升速至一小于满速浇注转速ωf的启动浇注转速ω1；
SS6.协调控制铝液转运浇注作业单元20及离心铸铝工作台30，在电动机33的转速ω升速至启动浇注转速ω1时，控制铝液转运浇注作业单元20，通过其机械手22控制铝水包23出液口的倾斜角度，将铝液通过上模具的浇口浇注到处于旋转状态的转子铁心及其上下模具中，同时控制离心铸铝工作台30，使电动机33的转速ω按照设定的转速控制曲线在第二设定时间间隔Δt2内由启动浇注转速ω1升速至满速浇注转速ωf，并在第二设定时间间隔Δt2以及处于满速状态的第一满速时间间隔Δt31内，通过机械手22控制铝水包23的出液量达到第一预设浇注量W1；
SS7.继续协调控制铝液转运浇注作业单元20及离心铸铝工作台30，在电动机321的转速ω仍处于满速状态的第二满速时间间隔Δt32内，通过机械手22控制铝水包23的出液量达到剩余的第二预设浇注量W2，其中第二预设浇注量W2小于第一预设浇注量W1，且在电动机33处于满速状态的第一满速时间间隔Δt31及第二满速时间间隔Δt32内，铝液在离心力的作用下结晶凝固；
SS8.继续控制离心铸铝工作台30，关闭电动机33，使其转速ω按照设定的转速控制曲线在第二设定时间间隔Δt3内由满速状态而降速至停车状态，从而完成整个浇注过程。
优选地，上述步骤SS1中，电气控制单元40中的数据采集模块41通过设置在熔铝炉11内的温度传感器实时采集其内部的铝液温度信息T，数据处理模块根据铝液温度信息T以及预设目标温度，利用PID算法计算出误差值，并根据比例、积分和微分三个环节对误差值进行处理，生成相应的控制信号，并通过电热元件对铝液进行加热控制，从而实现对熔铝炉11内温度控制的快速响应、稳定输出和抑制干扰。
上述步骤SS3中，电气控制单元40中的数据采集模块41通过设置在铝液熔炼作业单元10中各上述液压调节支杆上的位移传感器实时采集熔铝炉11的倾斜状态信息，数据处理模块42根据熔铝炉11的倾斜状态信息动态调整各液压调节支杆的伸缩长度，从而实现对熔铝炉11倾斜角度的精确控制。
上述步骤SS6、SS7中，电气控制单元40中的数据采集模块41通过设置在机械手22上的称重传感器24实时采集铝水包23的重量信息m，数据处理模块42根据铝水包23的重量信息m，计算出铝水包23中实时铝液量，并根据预设或自适应的有关浇注时间和速度的浇注速度函数m＝g(V，t)，计算出相应的浇注时间t和浇注速度V，并生成机械手22关于铝水包23倾斜时机和倾斜角度的控制信号，倾斜角度与铝水量的浇注速度V直接相关。
上述步骤SS6、SS7中，电气控制单元40中的数据采集模块41通过设置在电动机33上的旋转编码器34实时测量电动机的转速信息ω、加速度信息α，数据处理模块42根据电动机的转速信息ω和加速度信息α，计算出电动机33当前的工作状态，并根据预设或自适应的转速控制曲线函数ω＝f(ω，t)、α＝f’(ω，t)，生成电动机33相应的转速控制信号。
此外，上述步骤SS6、SS7中，转速控制曲线函数ω＝f(ω，t)在电动机33的升速阶段、满速保持阶段以及减速阶段的表达式如下：
其中，k1、k2分别为线性升速系数、线性减速系数。
上述步骤SS6、SS7中，电气控制单元40中的数据采集模块41通过设置在法兰盘上的振动传感器实时测量法兰盘及其上设置的转子铁心及上下模具的振动情况，数据处理模块42根据所接收的振动数据进行分析判断，并根据分析判断结果对运行参数进行实时调整，以抑制振动、提高铸件质量。如果所检测到的振动幅度超过设定值，则数据处理模块42发出报警信号，并根据振动数据判断异常原因，如果是由于浇注速度和/或离心转速引起的振动，则数据处理模块42发出控制信号对浇注速度和/或离心转速进行实时调整，以抑制振动、提高铸件质量；如果是由于转子铁心或上下模具的装配位置不准确引起的振动，则数据处理模块发出控制信号停止生产。
通过上述实施例，完全有效地实现了本发明的目的。该领域的技术人员可以理解本发明包括但不限于附图和以上具体实施方式中描述的内容。虽然本发明已就目前认为最为实用且优选的实施例进行说明，但应知道，本发明并不限于所公开的实施例，任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。
Claims (10)
1.一种电机定转子自动离心浇铸生产装置，至少包括一铝液熔炼作业单元、一铝液转运浇注作业单元、一离心铸铝工作台以及一电气控制单元，其特征在于，
所述铝液熔炼作业单元设置在所述铝液转运浇注作业单元的上游作业区并与所述电气控制单元通信连接，至少包括一固定设置在地面上的支撑机架，所述支撑机架上至少设有一倾斜角度受控可调的熔铝炉，所述熔铝炉内至少配设有与所述电气控制单元通信连接的一电热元件，所述电热元件用于将铝块通过电热方式熔化为铝液；
所述铝液转运浇注作业单元设置在所述铝液熔炼作业单元与离心铸铝工作台之间并与所述电气控制单元通信连接，至少包括一固定设置在地面上的底座，所述底座上至少设有一机械手，所述机械手用于夹持转运铝水包、实时调节所述铝水包的倾倒角度并实现所述铝水包的在线称重；
所述离心铸铝工作台设置在所述铝液转运浇注作业单元的下游作业区并与所述电气控制单元通信连接，至少包括一顶面位于地面以上的法兰盘以及一设置在地面以下的电机驱动装置，其中，所述法兰盘的顶面边沿位置处沿周向均匀分布设置有若干高度可调拉杆，所述法兰盘的顶面通过其上设置的若干高度可调拉杆同心固定设置一沿竖直方向布置的转子铁心以及位于所述转子铁心上、下两端的一上模具、一下模具，所述电机驱动装置至少包括一固定设置在所述法兰盘底面中心处的驱动轴以及一与所述驱动轴传动连接的电动机；
所述电气控制单元至少包括一数据采集模块、一数据处理模块、一数据存储模块以及一数据输出模块，其中，
所述数据采集模块用于采集各作业单元和工作台的各项实时数据，将其转换为数字或模拟信号，并通过有线或无线方式传输给所述数据处理模块，
所述数据处理模块用于对所述数据采集模块采集接收的各项实时数据进行分析和处理，根据预设或自适应的控制参数和控制算法生成相应的控制信号，并通过有线或无线方式传输给所述数据输出模块，
所述数据存储模块用于对所述数据采集模块采集接收的各项实时数据以及所述数据处理模块分析处理的各项结果数据进行存储和管理，并提供相应的接口和协议与其他模块进行数据交换，
所述数据输出模块用于接收并执行所述数据处理模块生成的控制信号，并通过有线或无线方式传输给各作业单元和工作台，以实现对所述铝液熔炼作业单元、铝液转运浇注作业单元及离心铸铝工作台的实时调节控制。
2.根据权利要求1所述的电机定转子自动离心浇铸生产装置，其特征在于，所述铝液熔炼作业单元中，所述熔铝炉内至少还配设有与所述电气控制单元通信连接的一温度传感器，所述温度传感器用于监测所述熔铝炉内部的温度并将温度信息反馈输送至所述电气控制单元，所述电气控制单元根据所接收的温度信息通过调节所述电热元件的加热功率精确控制铝液的温度，以保证铝液的流动性和铸造质量。
3.根据权利要求2所述的电机定转子自动离心浇铸生产装置，其特征在于，所述铝液熔炼作业单元中，所述支撑机架与熔铝炉之间设有若干与所述电气控制单元通信连接的液压调节支杆，各所述液压调节支杆用于受控调节所述熔铝炉的倾斜角度，以向所述铝液转运浇注作业单元的铝水包中注入铝液。
4.根据权利要求1所述的电机定转子自动离心浇铸生产装置，其特征在于，所述铝液转运浇注作业单元中，所述机械手上至少配设有与所述电气控制单元通信连接的一称重传感器、一温度传感器以及若干伺服电机，所述称重传感器、温度传感器分别用以测量铝水包的重量、温度并将相关信息反馈输送至所述电气控制单元，所述电气控制单元根据所接收的各项实时数据通过控制各所述伺服电机调节所述机械手的运动位置、夹持力度以及倾斜角度，以确保铝液的转运、稳定流出和均匀分配。
5.根据权利要求1所述的电机定转子自动离心浇铸生产装置，其特征在于，所述离心铸铝工作台中，所述电机驱动装置配套设置有与所述电气控制单元通信连接的一变频器和一旋转编码器，所述旋转编码器用以测量电动机的转速和加速度并将其反馈输送至所述电气控制单元，所述电气控制单元根据所接收的各项实时数据通过控制所述变频器调节电动机的工作频率实现对其转速和加速度的精确控制，以保证离心铸造过程中铝液的均匀分布和冷却速度。
6.根据权利要求1所述的电机定转子自动离心浇铸生产装置，其特征在于，所述离心铸铝工作台中，所述法兰盘上配套设置有与所述电气控制单元通信连接的振动传感器，所述振动传感器用以实时监测所述法兰盘及其上设置的转子铁心及上下模具的振动情况并将其反馈输送至所述电气控制单元，所述电气控制单元根据所接收的振动数据进行分析判断，并根据分析判断结果对运行参数进行实时调整，以抑制振动、提高铸件质量。
7.根据权利要求1所述的电机定转子自动离心浇铸生产装置，其特征在于，所述离心铸铝工作台中，所述电机驱动装置还配套设置有一与所述电动机电连接并与所述电气控制单元通信连接的电阻制动器，所述电阻制动器用于在离心铸造过程结束后或发生紧急情况时对所述电动机进行快速制动和停止，以避免因惯性作用导致的铝液溢出和转子铁心及上下模具的损坏。
8.根据权利要求7所述的电机定转子自动离心浇铸生产装置，其特征在于，所述电阻制动器根据所述电气控制单元的控制信号或手动开关的操作信号，通过改变电阻值的大小来调节电动机的回路电流和电压，从而实现对电动机的有效制动。
9.根据权利要求8所述的电机定转子自动离心浇铸生产装置，其特征在于，所述电气控制单元根据转子惯性、减速需求及制动特性参数计算制动控制曲线，控制电阻制动器接入电路，对电动机进行电阻制动，使转子转速按优化曲线平稳减速至静止，以利于转子铁心内部残余液相的流动，防止因突然停止而造成的湍流和回填，减少缩松缺陷的生成。
10.根据权利要求1所述的电机定转子自动离心浇铸生产装置，其特征在于，所述电气控制单元还设有一人机交互模块，所述人机交互模块用于对所述数据采集模块采集并接收的各项实时数据以及所述数据处理模块分析和处理的各项结果数据进行显示和可视化，并提供相应的界面和功能与操作人员进行信息交互，包括但不限于接收操作人员输入的各项控制信号和参数，向操作人员提供各项提示和警告、展示各项状态和信息。
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