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计算机操控淬火剂中频淬火过程

编辑:烟台昌隆化工有限公司时间:2018-01-10

以往中频淬火零件是经过人工来控制工艺参数的,很难保证产质量量。如轴类零件采用连 续加热时,是经过人工控制工件与感应圈的相对位移速度来控制淬火温度,经过人工控制淬火剂的压力和放射时间来控制冷却速度,这难以保证轴类零件外表淬火温度和冷却速度一直不变,形成淬火后呈现软带和软点、变形以至产生裂纹。假如对中频淬火工艺参数采用微机实时控制,可疾速监测和修正消费过程中的各工艺参数,使处置零件的金相组织和性能处于最佳状态。

  为顺应消费需求,我们应用MCS-8031单片机附加A/D、D/A和数字显现通道等硬件,设计了 一 种价钱低、牢靠性强的中频淬火工艺参数监测与控制系统,它可兼有数只仪表的作用,又符 合计算机控制分散的准绳。控制参数都集中在一块面板上显现,操作便当。

2 主要工艺技术特征

  中频淬火机床监测和控制系统具有双重中缀和程序控制淬火温度、位移速度和冷却介质压力的功用。①温度控制精度为1级;②依不同的材质和技术请求输入工件的淬火温度、加热时间、位移速度、冷却介质压力等参数;③当加热温度和加热时间已到达规则指标时,启动控制工件位移和冷却介质压力的阀;④加热温度未到达指标,可延长加热时间,直到满足请求为止;⑤控制工件位移速度和冷却介质压力的精度为0.2级。

3 工作原理

  图1是中频感应加热安装的电路原理图。它由中频发电机主回路、晶闸管自动调压电路和过 电流维护电路三局部组成。Ⅰ为发电机的主回路,主要由电机BP(D)、中频发电机BP(F)、淬火变压器B1、电容器C和感应圈L等组成。其中LR是中频发电机的励磁绕组,YH为电压互感器,LH为电流互感器。Ⅱ为晶闸管的自动调压电路,由整流主回路和移相触发电路两局部组成。Ⅲ为中频过电流维护电路,由整流桥路、稳压管和晶体管T4组成。

图1 中频感应加热安装电路原理图

  图2是中频淬火控制系统原理图,主要由微机、键盘与显现屏、过程量通道I/O、电源几局部 组成。

  单片机选用MCS-8031,扩展内存容量为2K 6161RAM和2片4K 2732EPROM,这8K EPROM有一部用来寄存监控程序,剩下供用户扩展用。I/O接口包括一片MCS-8255(PA口和PB口为输收工作方式,PC口为输入方式)、4片74LS237和1片74LS244(用作显现屏和键盘接口)、2片CTC(中缀定时用)、2片译码器74LS138、系统时钟和复位电路等 。

  键盘与显现器是人机联络的接口,键盘由10个数字键和7个命令键组成,供操作者输入命令 和参数。显现屏由13片LEDt段显现器和5个LED灯组成。13片显现器分为:上排7片,用于显现温度和时间;下排6片,用于显现工件的位移速度和冷却介质的压力。5个LED灯用来指示启动、加温、位移、冷却和完毕信号。7个命令键中有3个分别用于①选择用户固化在EPROM 中的程序调入RAM;②选择淬火温度; ③选择加热时间。另4个键分别为自动、手动、启动和中止键。

图2 中频淬火控制系统原理图

  过程量通道I/O包括模仿量输入,执行信号和开关量的输出。温度监测是经过以下过程来完 成的:从被加热工件辐射出来的光,经过WDL-2型光电温度计停止光电耦合,产生一个电信号;再经过前置放大器、滤波器、多路开关、A/D转换器至CPU停止数字处置、标度变换,然后输出并显现;最后由D/A转换器、多路开关、驱动器,送入图1中Rd、Cd端,经过控制可控硅的导通角来改动励磁绕组的电流。当发电机的端电压忽然增高时,工件内涡流增加,招致淬火温度升高,辐射的光通量增加,辐射光经过WDL-2光电温度计,产生一个Δus信号,经放大、滤波等,使101端的输出电压升高,Cd充电,其结果使T1的基极电流瞬时减小,从而抑止了端电压的增高;温度降落时,101端的输出电压降低,Cd放电,从而抑止了端电压的降低。

  为了节约机时,A/D转换器采用中缀方式,这样系统的CPU和A/D转换器并行工作,进步了效 率。工件位移速度的控制,用ZQ-Y型压力传感器(精度等级为0.2),经过工件位移子程序,用输出量来控制伺服机构,到达控制工件位移速度的目的。冷却速度的控制,用ZQ-Y型压力传感器将冷却介质的压力信号,传送到计算机内,再经过压力子程序来控制冷却速度。

4 数学模型及控制算法

  依据文献[1]理论剖析,工件件感应加热温度-时间曲线如图3所示,可近似以为是一阶惯性环节和滞后环节相串联。,其过程对象传送函数[2]为:

图3  工件感应加热温

  我们把图2中的D/A转换器化归零阶坚持器内,其传送函数为(1-e-T1s)/ s,则整个对象加上零阶坚持器的广义传送函数为:度与时间曲线

G(S)=(1-e-T1s)/s×[Kp/(1+TS)].e-τs(2)

式中:T1为采样周期。

  针对过程对象特征,采用了直接数字控制系统(DDC)的控制方式,即离散化的PID闭环调理,(图4)所示。闭环系统中的微机输出经D/A转换后去驱动执行机构,使对象的各个被控参数坚持在给定值范围内变化。

图4 淬火温度系统原理方块图

  由于DDC系统是一种时间离散控制系统,其离散控制系统的根本算法近似以PID算法为主,离 散控制系统的PID式[2]为

(3)式中:T 1为采样周期;e(n-1)为第n-1次采样的偏向值;P(n)为第n次采样时计算机输出;n为采样序号,n=1,2,… …;e(n)为第n次采样的偏向值;TⅠ为积分时间常数;TD为微分时间常数。