數(shù)控火焰淬火機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用研究.pdf

1、長期運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)械零件由于早期失效使能源與材料的消耗十分驚人。許多機(jī)械零件的損壞發(fā)生在表面，或者從表面開始。例如，磨損所引起的損壞都是發(fā)生在零件表面，疲勞引起的損壞也是從零件表面開始，逐漸向內(nèi)部擴(kuò)展，最后導(dǎo)致斷裂而浪費(fèi)。采用表面加熱淬火工藝能夠解決上述的問題，一方面能夠增強(qiáng)零件的耐磨性與硬度；另一方面能夠保持零件心部很好的韌性與塑性，所以，零件經(jīng)過此工藝處理能夠很大程度的延長其使用壽命，滿足生產(chǎn)技術(shù)的要求。
　　 目前我國絕大部分企

2、業(yè)還是采用“窯爐式加熱工藝”或“手工火焰加熱工藝”對產(chǎn)品進(jìn)行最后的熱處理，使用該方式有許多缺點(diǎn)：能源消耗高、加熱速度慢、工人勞動強(qiáng)度大、加熱時間控制不精確、環(huán)境污染嚴(yán)重，導(dǎo)致了產(chǎn)品淬火硬度不一致，其具體表現(xiàn)為：淬火過硬產(chǎn)品容易斷裂，淬火不足則達(dá)不到設(shè)計使用壽命，容易出現(xiàn)極限損傷現(xiàn)象，以及引發(fā)產(chǎn)品過早報廢，這些都會對用戶造成極大的經(jīng)濟(jì)損失，也對國家造成極大的能源和勞動力浪費(fèi)。
　　 本論文依托山西育龍教學(xué)設(shè)備有限公司項(xiàng)目“數(shù)控火焰

3、旋轉(zhuǎn)升降淬火機(jī)床”，針對德國“貝丁豪斯”公司在國際上對火焰淬火自動控制技術(shù)的壟斷以及國內(nèi)傳統(tǒng)的“窯爐式加熱工藝”或“手工火焰加熱工藝”的諸多弊病，研制開發(fā)了一套數(shù)控火焰淬火機(jī)的自動控制系統(tǒng)。
　　 針對被控對象的特點(diǎn)，本文提出了采用觸摸屏和PLC兩級計算機(jī)控制系統(tǒng)方案，其中包括上位機(jī)控制系統(tǒng)和下位機(jī)控制系統(tǒng)。下位機(jī)控制系統(tǒng)以SIEMENS S7-200PLC為核心控制單元，完成對數(shù)控火焰淬火機(jī)床的液壓系統(tǒng)、冷卻液循環(huán)系統(tǒng)、電氣控

4、制系統(tǒng)等的精確控制；上位機(jī)控制系統(tǒng)以北京昆侖通態(tài)公司的TPC7062K嵌入式觸摸屏為核心控制單元，利用配套的MCGS組態(tài)軟件對其進(jìn)行組態(tài)，結(jié)合高性能的PLC，對工件的淬火溫度實(shí)行精確控制，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)表格記錄、數(shù)據(jù)圖形現(xiàn)場顯示等功能，完成對零件淬火過程的全自動控制和可視化智能操作。同時上位機(jī)完成對下位機(jī)的協(xié)調(diào)、組織、數(shù)據(jù)管理和控制運(yùn)算等工作，上、下位機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸通過PROFIBUS工業(yè)總線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行。
　　

5、 最后針對淬火溫度控制系統(tǒng)的非線性、大慣性和大滯性的特點(diǎn)，我們采用了模糊自整定P/D控制算法對淬火溫度進(jìn)行控制，起到了很好的控制效果，并和傳統(tǒng)PID控制用MATLAB進(jìn)行實(shí)驗(yàn)仿真比較，仿真結(jié)果表明，模糊自整定PID控制對溫度控制的魯棒性、動態(tài)性能和超調(diào)量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)PID的控制。
　　 本套數(shù)控火焰淬火機(jī)床控制系統(tǒng)已經(jīng)投入工廠運(yùn)行，實(shí)際工程運(yùn)行結(jié)果表明：系統(tǒng)硬件設(shè)計合理、軟件功能完善、維護(hù)方便、運(yùn)行可靠、控制精度高，完全滿足