智能气门电镦机实时控制系统及其模糊PID控制的研究
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摘要
随着国民经济的飞速发展,人们生活水平的不断提高,汽车渐渐进入了日常家庭,其需求量在快速的增长。汽车的核心是发动机,而发动机进排气门是发动机的重要零件,由于汽车行业的迅速发展,发动机的气门数量由2气门向3气门、4气门、甚至16气门的多气门方向发展,从而对气门的数量和品种的需求越来越多,同时对其质量的要求也越来越高。然而,我国汽车工业的技术水平相对落后,例如气门电热镦粗控制技术的落后,导致生产效率低下、资源浪费,同时生产成本难以提高,因此实现气门电热镦粗控制的自动化和智能化,提高生产技术水平,是目前电热镦粗生产过程急需解决的问题。
根据怀集气配厂现有传统卧式气门电镦机的基本原理,综合国内外最新的控制方案,本文针对实际课题的要求,提出了智能气门电热镦机的实时控制方案及基于模糊PID控制的电流控制算法。控制核心设备采用上、下两级研祥工业控制计算机,三菱PLC。上、下两级工控机通讯采用自设计的具有校验能力的串口通讯协议,工控机与PLC之间通过I/O卡进行并行通讯。上位机使用WINDOWS操作系统,负责参数显示、数据库存取等任务;下位机采用DOS实时操作系统,主要负责实时的采样各传感器的信号、控制镦粗速度、压力及加热电流等工艺参数;PLC主要负责气门电热镦粗过程的逻辑控制,具有高可靠性和光电隔离等作用。对于气门电热镦粗,本智能控制系统具有手动、半自动、自动等三个控制模式,与传统的电热镦机相比,具有数字化、图形化、操作人性化与数据处理功能强大等优点。对于电热镦粗过程中最重要的工艺参数——加热电流,本文还提出了基于模糊PID控制的控制算法,符合了气门电热镦粗控制的非线性性,并能最大程度的利用工厂工人原有的操作经验,具有较强的适应性和鲁棒性。
由于一般的工业控制较少使用计算机进行实时控制,所以本课题的难点在于如何实现工控机的实时控制、在环境复杂的工业现场实现串行通讯以及在实时的环境下实现模糊PID算法的控制。
本文应用了一种新型的控制结构和引入了模糊PID控制算法,对气门电热镦粗的自动化、智能化控制的开发研究进行有益的探索,提出了明确的观点和方案。
Along with the national economy's rapid development and the rapid improvement of the people's living standard, automobile been common for the average families and requirement is increasing. As we know, the core of a car is the engine and the core of an engine is the valve. Because of the development of automobile industry, the quantity of a valve in an engine has increased from two to sixteen. Then the need for the amount and type of the valve has grown up, at the same time, the valve's quality is demanded more highly. But our industrial standard is a bit lower than the foreign countries, for example, the technique of electrical upsetting is poor, which leads to the lower efficiency, resource wasting and high cost. Therefore, it's urgent to improve the technical standard by making the electrical upsetting process more automatic and intelligent.Concerning with the conventional type of Electrical Upsetting Machine and the newest domestic and overseas control scheme, the paper present an Intelligent Electrical Upsetting Machine with Real-Time Control for Valve and the Fuzzy PID Control Algorithm for Heating Current. The main facilities of the control system include the higher level and lower level Yanxiang industrial computers and Mitsubishi PLC. The different level industrial computers communicate with each other by a self-designed serial protocol that has the verification. The PLC connects with the lower level one in parallel through the I/O card. The higher level one uses the WINDOWS OS, charges for the data display and the Save-Load function with database. The lower level one uses the DOS OS, which is designed to sampling the sensors and control the speed, pressure, and heating current for the electrical upsetting process. The PLC has the logical control function and photoelectricity insulation function to assure the system's reliability. And the whole system has three modes, Manual, Half-Automation and Automation. It's digital, graphical, more suitable for operating and powerful in dealing with the data. That is different to the conventional machine. At last, it demonstrates the Fuzzy PID control algorithm for the heating
根据怀集气配厂现有传统卧式气门电镦机的基本原理,综合国内外最新的控制方案,本文针对实际课题的要求,提出了智能气门电热镦机的实时控制方案及基于模糊PID控制的电流控制算法。控制核心设备采用上、下两级研祥工业控制计算机,三菱PLC。上、下两级工控机通讯采用自设计的具有校验能力的串口通讯协议,工控机与PLC之间通过I/O卡进行并行通讯。上位机使用WINDOWS操作系统,负责参数显示、数据库存取等任务;下位机采用DOS实时操作系统,主要负责实时的采样各传感器的信号、控制镦粗速度、压力及加热电流等工艺参数;PLC主要负责气门电热镦粗过程的逻辑控制,具有高可靠性和光电隔离等作用。对于气门电热镦粗,本智能控制系统具有手动、半自动、自动等三个控制模式,与传统的电热镦机相比,具有数字化、图形化、操作人性化与数据处理功能强大等优点。对于电热镦粗过程中最重要的工艺参数——加热电流,本文还提出了基于模糊PID控制的控制算法,符合了气门电热镦粗控制的非线性性,并能最大程度的利用工厂工人原有的操作经验,具有较强的适应性和鲁棒性。
由于一般的工业控制较少使用计算机进行实时控制,所以本课题的难点在于如何实现工控机的实时控制、在环境复杂的工业现场实现串行通讯以及在实时的环境下实现模糊PID算法的控制。
本文应用了一种新型的控制结构和引入了模糊PID控制算法,对气门电热镦粗的自动化、智能化控制的开发研究进行有益的探索,提出了明确的观点和方案。
Along with the national economy's rapid development and the rapid improvement of the people's living standard, automobile been common for the average families and requirement is increasing. As we know, the core of a car is the engine and the core of an engine is the valve. Because of the development of automobile industry, the quantity of a valve in an engine has increased from two to sixteen. Then the need for the amount and type of the valve has grown up, at the same time, the valve's quality is demanded more highly. But our industrial standard is a bit lower than the foreign countries, for example, the technique of electrical upsetting is poor, which leads to the lower efficiency, resource wasting and high cost. Therefore, it's urgent to improve the technical standard by making the electrical upsetting process more automatic and intelligent.Concerning with the conventional type of Electrical Upsetting Machine and the newest domestic and overseas control scheme, the paper present an Intelligent Electrical Upsetting Machine with Real-Time Control for Valve and the Fuzzy PID Control Algorithm for Heating Current. The main facilities of the control system include the higher level and lower level Yanxiang industrial computers and Mitsubishi PLC. The different level industrial computers communicate with each other by a self-designed serial protocol that has the verification. The PLC connects with the lower level one in parallel through the I/O card. The higher level one uses the WINDOWS OS, charges for the data display and the Save-Load function with database. The lower level one uses the DOS OS, which is designed to sampling the sensors and control the speed, pressure, and heating current for the electrical upsetting process. The PLC has the logical control function and photoelectricity insulation function to assure the system's reliability. And the whole system has three modes, Manual, Half-Automation and Automation. It's digital, graphical, more suitable for operating and powerful in dealing with the data. That is different to the conventional machine. At last, it demonstrates the Fuzzy PID control algorithm for the heating
引文
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[3] 詹艳然、王仲任.镦粗过程中塑性变形的发生与发展金属成形工艺.1998(5):36～38
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[5] 刘天湖等.发动机气门电热镦粗工艺参数分析与计算 锻压技术.2002 6
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[7] 王新云.气门电热镦制坯与终成形过程模拟及工艺优化 热加工工艺 2004年第9期:25～27
[8] 田瑞利等 电镦机中加热电流的BP神经网络预测 现代制造工程 2004(3):10～11
[9] 娄臻亮 基于PID调节的多层前馈网及其应用研究 上海交通大学学报 1997,31(9):77～79
[10] 李连章 DORMAN电镦机 电热镦机电锻造设备 1994 1:33～35
[11] 杨庆云等 电镦机微机群控系统 锻压机械 1990 No3:38～41
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[13] 阎宏生等 气门电镦工艺与计算机控制 电镦工艺 94(4):1～6
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