novtexmechМехатроника, автоматизация, управлениеMekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie1684-64272619-1253Commercial Publisher «New Technologies»10.17587/mau.27.292-299novtexmech-2021Research ArticleСИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ, УПРАВЛЕНИЕ И ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИSYSTEM ANALYSIS, CONTROL AND INFORMATION PROCESSINGУправление литейным агрегатом на основе цифровой моделиCasting Unit Management Based on a Digital ModelНовиковВ. А.NovikovV. A.

В. А. Новиков, аспирант, 

г. Красноярск.

V. A. Novikov, Postgraduate Student,

Krasnoyarsk, 660025.

novikov-vitja@mail.ruПискажоваТ. В.PiskazhovaT. V.

Т. В. Пискажова, д- техн. наук, проф., 

г. Красноярск.

T. V. Piskazhova,

Krasnoyarsk, 660025.

piskazhova@yandex.ruСибирский федеральный университетРоссияSiberian Federal UniversityRussian Federation202606062026276292299Copyright © Commercial Publisher «New Technologies», 20262026Commercial Publisher «New Technologies»Commercial Publisher «New Technologies»https://mech.novtex.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://mech.novtex.ru/jour/article/view/2021

Обсуждаются существующие недостатки типовых систем управления литейными агрегатами для производства алюминиевых слитков. Представлены локальные алгоритмы управления для отдельных узлов литейного агрегата (миксер, металлотракт, литейная машина) на основании ранее разработанных собственных математических моделей. На основе отдельных моделей разработан комплексный алгоритм управления, позволяющий реализовать скоординированное функционирование всех компонентов агрегата. Особое внимание уделено контролю толщины корковой зоны слитка, что позволяет своевременно реагировать на критическое снижение толщины и проводить автоматическую корректировку управляющих воздействий для исключения прорывов стенки слитка и последующих взрывов металла. Также на основании полученного математической моделью теплораспределения в реальном времени контролируется критерий Ниямы, который позволяет оценить качество микроструктуры слитка и скорость литья для обеспечения отсутствия холодных и горячих трещин слитков. Это дает возможность перейти от реактивного стабилизирующего управления к проактивному прогностическому, что обеспечивает повышение выхода годной продукции, стабильность процесса и промышленную безопасность. Разработанный комплекс моделей и алгоритмов является основой для создания цифрового двойника агрегата и систем предиктивного управления.

The paper identifies the existing disadvantages of typical control systems for casting units for the production of aluminum ingots. Local control algorithms for individual components of a foundry unit (mixer, metallograft, casting machine) based on previously developed proprietary mathematical models are presented. Based on individual models, a comprehensive control algorithm has been developed that allows for the coordinated functioning of all components of the unit. Special attention is paid to controlling the thickness of the ingot’s cortical zone, which allows for timely response to a critical decrease in thickness and automatic adjustment of control actions to avoid breakthroughs of the ingot wall and subsequent metal explosions. Also, based on the heat distribution obtained by the mathematical model, the Niyama criterion is monitored in real time, which makes it possible to assess the quality of the microstructure of the ingot and the casting speed to ensure the absence of cold and hot cracks in the ingots. This makes it possible to switch from reactive stabilizing control to proactive predictive control, which increases the yield of usable products, process stability and industrial safety. The developed set of models and algorithms is the basis for creating a digital twin of the unit and predictive control systems.

управление литейным агрегатомцифровая модельполунепрерывное литьеcasting unit controldigital modelsemi-continuous castingReferencesAlex W. Lowery Review of Recent Catastrophic Molten Metal Explosions and Their Causes / L. Edwards (ed.) // Light Metals. The Minerals, Metals & Materials Series. 2025. P. 1125—1131.Alex W. Lowery Review of Recent Catastrophic Molten Metal Explosions and Their Causes, L. Edwards (ed.), Light Metals, The Minerals, Metals & Materials Series, 2025, pp. 1125—1131.Напалков В. И., Фролов В. Ф. Плавление и литье алюминиевых сплавов. Красноярск: Сибирский федеральный университет, 2020. 716 с.Napalkov V. I., Frolov V. F. Melting and Casting of aluminum alloys, Krasnoyarsk, Siberian Federal University, 2020, 716 p. (in Russian).Tveito K. O., Håkonsen А. Digital Twin for Design and Optimization of DC Casting Lines // Light Metals. 2022. P. 674—680.Tveito K. O., Håkonsen А. Digital Twin for Design and Optimization of DC Casting Lines, Light Metals, 2022, pp. 674—680.Innerdal V., Birger S. E., Håkonsen А. Application of Digital Twins for Complete DC-Casting Lines // Light Metals. The Minerals, Metals & Materials Series. 2025. P. 1045—1049.Innerdal V., Birger S. E., Håkonsen А. Application of Digital Twins for Complete DC-Casting Lines, Light Metals, The Minerals, Metals & Materials Series, 2025, pp. 1045—1049.Новиков В. А., Пискажова Т. В., Донцова Т. В., Белолипецкий В. М. Математическое моделирование процесса литья плоских слитков для решения задач автоматизации // Сибирский аэрокосмический журнал. 2024. Т. 25, № 1. С. 144—156. DOI: 10.31772/2712-8970-2024-25-1-144-156.Novikov V. A., Piskazhova T. V., Dontsova T. V., Belolipetsky V. M. Mathematical modeling of the casting process of flat ingots for solving automation problems, Siberian Aerospace Journal, 2024, vol. 25, no. 1, pp. 144—156, DOI: 10.31772/2712-8970-2024-25-1-144-156 (in Russian).Новиков В. А., Пискажова Т. В., Тинькова С. М. Расчет коэффициентов теплообмена с учетом изменения расхода охлаждающей воды для моделирования процесса полунепрерывного литья // Известия тульского государственного университета технические науки. 2025. № 8. С. 112—119.Novikov V. A., Piskazhova T. V., Tinkova S. M. Calculation of heat transfer coefficients taking into account changes in cooling water consumption for modeling the semi-continuous casting process, Proceedings of the Tula State University of Technical Sciences, 2025, iss. 8. pp. 112—119 (in Russian).Новиков В. А., Пискажова Т. В., Донцова Т. В. Решение некоторых проблем автоматизации при управлении литейной машиной // Технология металлов. 2023. № 9. С. 38—48.Novikov V. A., Piskazhova T. V., Dontsova T. V. The solution of some automation problems in the control of a casting machine, Metal technology, 2023, no. 9, pp. 38—48 (in Russian).Novikov V., Piskazhova T., Yakivyuk P., Doncova T. Automation of metal feeding in casting complexes // Industry 4.0. 2023. Summer session. Vol. 1. P. 85—89.Novikov V., Piskazhova T., Yakivyuk P., Doncova T. Automation of metal feeding in casting complexes, Industry 4.0, summer session, 2023, vol. 1, pp. 85—89 (in Russian).Будилов И. Н., Лукащук Ю. В., Лукащук С. Ю. Моделирование образования алюминиевого слитка в процессе полунепрерывного литья // Вестник Уфимского государственного авиационного технического университета. 2011. Т. 15, № 1 (41). С. 87—94Budilov I. N., Lukashchuk Yu. V., Lukashchuk S. Y. Modeling of the formation of an aluminum ingot in the process of semi-continuous casting, Bulletin of the Ufa State Aviation Technical University, 2011, vol. 15, no. 1 (41), pp. 87—94 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.