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      計算機操控淬火劑中頻淬火過程

      編輯:煙臺昌隆化工有限公司時間:2018-01-10

      以往中頻淬火零件是經過人工來控制工藝參數的,很難保證產質量量。如軸類零件采用連 續加熱時,是經過人工控制工件與感應圈的相對位移速度來控制淬火溫度,經過人工控制淬火劑的壓力和放射時間來控制冷卻速度,這難以保證軸類零件外表淬火溫度和冷卻速度一直不變,形成淬火后呈現軟帶和軟點、變形以至產生裂紋。假如對中頻淬火工藝參數采用微機實時控制,可疾速監測和修正消費過程中的各工藝參數,使處置零件的金相組織和性能處于最佳狀態。

        為順應消費需求,我們應用MCS-8031單片機附加A/D、D/A和數字顯現通道等硬件,設計了 一 種價錢低、牢靠性強的中頻淬火工藝參數監測與控制系統,它可兼有數只儀表的作用,又符 合計算機控制分散的準繩??刂茀刀技性谝粔K面板上顯現,操作便當。

      2 主要工藝技術特征

        中頻淬火機床監測和控制系統具有雙重中綴和程序控制淬火溫度、位移速度和冷卻介質壓力的功用。①溫度控制精度為1級;②依不同的材質和技術請求輸入工件的淬火溫度、加熱時間、位移速度、冷卻介質壓力等參數;③當加熱溫度和加熱時間已到達規則指標時,啟動控制工件位移和冷卻介質壓力的閥;④加熱溫度未到達指標,可延長加熱時間,直到滿足請求為止;⑤控制工件位移速度和冷卻介質壓力的精度為0.2級。

      3 工作原理

        圖1是中頻感應加熱安裝的電路原理圖。它由中頻發電機主回路、晶閘管自動調壓電路和過 電流維護電路三局部組成。Ⅰ為發電機的主回路,主要由電機BP(D)、中頻發電機BP(F)、淬火變壓器B1、電容器C和感應圈L等組成。其中LR是中頻發電機的勵磁繞組,YH為電壓互感器,LH為電流互感器。Ⅱ為晶閘管的自動調壓電路,由整流主回路和移相觸發電路兩局部組成。Ⅲ為中頻過電流維護電路,由整流橋路、穩壓管和晶體管T4組成。

      圖1 中頻感應加熱安裝電路原理圖

        圖2是中頻淬火控制系統原理圖,主要由微機、鍵盤與顯現屏、過程量通道I/O、電源幾局部 組成。

        單片機選用MCS-8031,擴展內存容量為2K 6161RAM和2片4K 2732EPROM,這8K EPROM有一部用來寄存監控程序,剩下供用戶擴展用。I/O接口包括一片MCS-8255(PA口和PB口為輸收工作方式,PC口為輸入方式)、4片74LS237和1片74LS244(用作顯現屏和鍵盤接口)、2片CTC(中綴定時用)、2片譯碼器74LS138、系統時鐘和復位電路等 。

        鍵盤與顯現器是人機聯絡的接口,鍵盤由10個數字鍵和7個命令鍵組成,供操作者輸入命令 和參數。顯現屏由13片LEDt段顯現器和5個LED燈組成。13片顯現器分為:上排7片,用于顯現溫度和時間;下排6片,用于顯現工件的位移速度和冷卻介質的壓力。5個LED燈用來指示啟動、加溫、位移、冷卻和完畢信號。7個命令鍵中有3個分別用于①選擇用戶固化在EPROM 中的程序調入RAM;②選擇淬火溫度; ③選擇加熱時間。另4個鍵分別為自動、手動、啟動和中止鍵。

      圖2 中頻淬火控制系統原理圖

        過程量通道I/O包括模仿量輸入,執行信號和開關量的輸出。溫度監測是經過以下過程來完 成的:從被加熱工件輻射出來的光,經過WDL-2型光電溫度計停止光電耦合,產生一個電信號;再經過前置放大器、濾波器、多路開關、A/D轉換器至CPU停止數字處置、標度變換,然后輸出并顯現;最后由D/A轉換器、多路開關、驅動器,送入圖1中Rd、Cd端,經過控制可控硅的導通角來改動勵磁繞組的電流。當發電機的端電壓忽然增高時,工件內渦流增加,招致淬火溫度升高,輻射的光通量增加,輻射光經過WDL-2光電溫度計,產生一個Δus信號,經放大、濾波等,使101端的輸出電壓升高,Cd充電,其結果使T1的基極電流瞬時減小,從而抑止了端電壓的增高;溫度降落時,101端的輸出電壓降低,Cd放電,從而抑止了端電壓的降低。

        為了節約機時,A/D轉換器采用中綴方式,這樣系統的CPU和A/D轉換器并行工作,進步了效 率。工件位移速度的控制,用ZQ-Y型壓力傳感器(精度等級為0.2),經過工件位移子程序,用輸出量來控制伺服機構,到達控制工件位移速度的目的。冷卻速度的控制,用ZQ-Y型壓力傳感器將冷卻介質的壓力信號,傳送到計算機內,再經過壓力子程序來控制冷卻速度。

      4 數學模型及控制算法

        依據文獻[1]理論剖析,工件件感應加熱溫度-時間曲線如圖3所示,可近似以為是一階慣性環節和滯后環節相串聯。,其過程對象傳送函數[2]為:

      圖3  工件感應加熱溫

        我們把圖2中的D/A轉換器化歸零階堅持器內,其傳送函數為(1-e-T1s)/ s,則整個對象加上零階堅持器的廣義傳送函數為:度與時間曲線

      G(S)=(1-e-T1s)/s×[Kp/(1+TS)].e-τs(2)

      式中:T1為采樣周期。

        針對過程對象特征,采用了直接數字控制系統(DDC)的控制方式,即離散化的PID閉環調理,(圖4)所示。閉環系統中的微機輸出經D/A轉換后去驅動執行機構,使對象的各個被控參數堅持在給定值范圍內變化。

      圖4 淬火溫度系統原理方塊圖

        由于DDC系統是一種時間離散控制系統,其離散控制系統的根本算法近似以PID算法為主,離 散控制系統的PID式[2]為

      (3)式中:T 1為采樣周期;e(n-1)為第n-1次采樣的偏向值;P(n)為第n次采樣時計算機輸出;n為采樣序號,n=1,2,… …;e(n)為第n次采樣的偏向值;TⅠ為積分時間常數;TD為微分時間常數。 

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