- 相關(guān)推薦
有關(guān)智能型密封多用爐生產(chǎn)線(xiàn)計算機控制
自動(dòng)生成最優(yōu)化的氣體滲碳工藝技術(shù).滲碳時(shí)間和擴散開(kāi)始時(shí)間滲碳層的碳濃度分布曲線(xiàn)的形狀對滲碳零件的性能有顯著(zhù)的影響，但是傳統的按經(jīng)驗制訂的二段滲碳工藝很難實(shí)現滲碳層碳濃度分布的控制，尋找獲得平臺狀的濃度分布曲線(xiàn)的方法乃是國內外先進(jìn)的滲碳控制技術(shù)所追求的目標。除了表面濃度及有效硬化深度所對應的濃度之外，還需要以第三點(diǎn)作監控目標。該文認為，在強滲期結束擴散期開(kāi)始之后，直至濃度分布曲線(xiàn)達到平臺狀之前，在濃度分布曲線(xiàn)上有一點(diǎn)的濃度是不變的(圖中C )。若以濃度分布曲線(xiàn)第一次通過(guò)c 點(diǎn)時(shí)刻作為強滲期結束擴散期開(kāi)始的判據(圖中曲線(xiàn)1)，此時(shí)立即將表面含碳量降，則在達到有效硬化深度時(shí)，恰好獲得平臺狀的濃度分布曲線(xiàn)(圖1中曲線(xiàn)。
所給出的只是一種理想化的方法，實(shí)際上，在擴散期開(kāi)始之后表面碳濃度由降低到C 需要經(jīng)歷?段時(shí)間(取決于爐氣碳勢下降的速率和氣一固反應傳遞系數B)。在實(shí)際生產(chǎn)情況下，交點(diǎn)C 并非固定不變。因而采用上述方法在實(shí)際滲碳過(guò)程中并不能保證最終獲得平臺狀濃度分布曲線(xiàn)。
儀控制三個(gè)點(diǎn)是不夠的，應以整個(gè)滲層濃度分布曲線(xiàn)的最終形狀作為控制的目標。該文將某一時(shí)刻的濃度分布曲線(xiàn)(圖2中曲線(xiàn)1)高于晟終濃度分布曲線(xiàn)(圖2中曲線(xiàn)2)的面積定義為S1，曲線(xiàn)1低于曲線(xiàn)2的面積定義為S z，布擴散期內使S-中的碳擴散到S 中就得到最終的濃度分布曲線(xiàn)(見(jiàn)圖，因此以S =S：作為擴散期開(kāi)始的判據。該文又指出，在實(shí)際生產(chǎn)中s。應略大于s z，即以S-=a Sz為擴散開(kāi)始的判據，并認為a值略大于1，約為1.1。問(wèn)題在于a值是否為常數?它受何種因素影響?為此我們用計算機模擬和剝層分析相結合的方法進(jìn)行了研究，發(fā)現在實(shí)際生產(chǎn)中有多種因素，諸如滲碳層深度、與CS 、傳遞系數B、碳在奧氏體中的擴散系數、爐子的降溫速率和氣氛碳勢的降低速率等等都對a值有明顯的影響，a值在0.9—2.2的大幅度內變化。因此以S。=S 或S =a S：為擴散開(kāi)始的判據，在實(shí)際生產(chǎn)中很難保證獲得平臺狀的碳濃度分布曲線(xiàn)。
在計算機模擬研究的基礎上我們采用下述計算機輔助設計方法。根據第三類(lèi)邊界條件非線(xiàn)性瞬態(tài)濃度場(chǎng)數學(xué)模型進(jìn)行滲層濃度分布曲線(xiàn)的 ‘算機模擬計算，經(jīng)過(guò)反復疊代以確定開(kāi)始轉入擴散階段的時(shí)間t ，開(kāi)始降溫時(shí)間t 及總時(shí)間t (見(jiàn)圖3)。采用非線(xiàn)性模型(工藝參數作為時(shí)間的函數)在模擬計算中考慮爐子的升溫速率、降溫速率、滲碳初期碳勢上升速率和由滲碳期向擴散期過(guò)渡時(shí)碳勢下降的速率，不同階段中傳遞系數的變化，及溫度對擴散系數的影響等因素。首先由計算機從知識庫中調用相近的案例，給出 s的初值，然后按圖3的工藝規程進(jìn)行瞬態(tài)濃度場(chǎng)模擬，求得出爐時(shí)的濃度分布曲線(xiàn)，它與c6水平線(xiàn)的交點(diǎn)即為有效硬化深度6。如果6計算>6設定，則縮短 6和 7重新計算;若6計算<6設定，則延長(cháng) 6和 7重新計算，直至6¨_算=6設定。另一方面，以計算的濃度分布曲線(xiàn)上的最高點(diǎn)c? 第一 次降至cs +O.05%C作為獲得平臺狀的最件濃度分布曲線(xiàn)的判據。如果此時(shí)設瘧，則延長(cháng) s重新計算，反之則縮短 s重新計算，直至獲得同時(shí)滿(mǎn)足6計算=61世定及c =Cs2+O.05%的最優(yōu)化T豈規程。
滲碳期的氣相碳勢上海交通大學(xué)的動(dòng)態(tài)碳勢控制技術(shù)f 3嘟將滲碳期的碳勢作為時(shí)間的函數，在滲碳初期將氣相碳勢控制在較高的水平，使鋼表面的碳濃度C S迅速上升。當C S達到設定值之后，氣相碳勢連續降低，使保持不變，這就可以加快滲碳速度。wtinning指出，如果初期氣相碳勢控制在析出碳黑的極限，將獲得最快的滲碳速度且使最終的濃度分布曲線(xiàn)出現最寬的平臺。
方法所追求的是一種理想的最優(yōu)化方案，卻并非是在所有生產(chǎn)情況下都能實(shí)現的方案。
經(jīng)驗告訴我們，任何一臺滲碳爐只可能保證在其裝料區內達到 定程度的溫度均勻性，在爐膛中不可避免存在溫度低于滲碳溫度的區域。當爐氣的碳勢控制在對應于滲碳溫度下析出碳黑的極限(即爐氣的成分在滲碳溫度下與石墨平衡)時(shí)，對丁.爐膛內溫度低于滲碳溫度的區域，氣相將處于過(guò)飽和碳的狀態(tài)，將有碳黑在該處析出。這種現象對于井式氣體滲碳爐尚無(wú)大礙，因為在每次進(jìn)出爐時(shí)，大部分碳黑會(huì )被燒掉。然而對于密封多用爐而言，大部分碳黑將積聚在爐內，以致無(wú)法正常生產(chǎn)。本公司生產(chǎn)的密封多用爐，滲碳期的氣相碳勢沒(méi)定為1.10% l_15%圖3中第1階段)，當工件表面的碳濃度達到C S 之后，為了控制表面碳勢保持不變，需要令每一時(shí)刻通過(guò)界而反應由氣相轉移到工件表面的碳流通量恰好等于由表面向內擴散的碳流通量，因此，隨著(zhù)滲碳時(shí)問(wèn)的延長(cháng)氣相碳勢的控制值應逐漸降低，如圖中的第1I階段。
計算機自動(dòng)生成最優(yōu)化_L藝根據2.1和2.2所述的原理已開(kāi)發(fā)成功通過(guò)計算機模擬生成最優(yōu)化滲碳工藝的軟件，本文所指的最優(yōu)化并非理想的最優(yōu)化，而是在密封多用爐生產(chǎn)線(xiàn)上有可能實(shí)現的事實(shí)卜的最優(yōu)化。全部模擬計算以及調l用不同鋼種的活度系數和擴散系數，氣同反應的傳遞系數，氣相碳勢的最高設定值等均由計算機自動(dòng)完成，用戶(hù)只需要輸入工件材料，有效硬化深度等技術(shù)要求，計算機即能自動(dòng)生成最優(yōu)化的滲碳工藝規程。分別是計算機智能控制系統的模擬計算、滲碳過(guò)程模擬工藝計算和最優(yōu)化工藝規程的顯示界面。
/CAM自動(dòng)連接的無(wú)紙化生產(chǎn)當計算機白動(dòng)生成最優(yōu)化的工豈規程之后，可以按二種方式山計算機按照最優(yōu)化上藝規程對牛產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)控制。
直接進(jìn)入自動(dòng)控制。
用戶(hù)輸入T什材料和滲碳技術(shù)要求之后，點(diǎn)擊確定按鈕，計算機控制系統自動(dòng)按優(yōu)化上藝規程進(jìn)行生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制。
存入工藝庫中，供控制子系統自動(dòng)調用。
上述 種無(wú)紙化生產(chǎn)方式都可以最人限度減少人為的差錯，使本產(chǎn)品成為CAE/CAD自動(dòng)連接的無(wú)紙化氣體滲碳白動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)。若工程技術(shù)人員想事先了解滲碳的進(jìn)程及優(yōu)化工藝設計情況，在用戶(hù)輸入工件材料和滲碳要求等信息之后，可以在“模擬和工藝設計”視窗中觀(guān)察到模擬運算的情況，了解在滲碳過(guò)程中不同時(shí)刻的濃度分布和優(yōu)化工藝規程的設計結果，經(jīng)確認后存入“工藝庫”中，隨后可以按工藝號或零件號自動(dòng)調用。上述操作可以在不中斷過(guò)程控制的情況下進(jìn)行，計算機系統在“前臺”不間斷地進(jìn)行生產(chǎn)控制，在“后臺”接受輸入信息、進(jìn)行工藝優(yōu)化設計。因此工程技術(shù)人員可以在任何時(shí)刻在不影響當時(shí)生產(chǎn)過(guò)程控制的情況下進(jìn)行計算機輔助優(yōu)化工藝規程的操作，隨后本生產(chǎn)線(xiàn)按每一爐的工件號或工藝號進(jìn)行生產(chǎn)過(guò)程的全自動(dòng)控制，實(shí)現無(wú)紙化自動(dòng)化生產(chǎn)。
動(dòng)態(tài)碳勢控制技術(shù)一自動(dòng)消除偏差所造成的后果除本系統之外，目前世界上所有的密封多用爐生產(chǎn)線(xiàn)制造商所提供的控制系統都采用旨在消除實(shí)測值與設定值之間的偏差的控制模式，例如自整定控制、模糊算法控制等，雖然可以消除偏差，但不可能消除已產(chǎn)生的偏差對滲碳過(guò)程造成的影響，以致其后的滲碳過(guò)程將在一定程度上偏離了最優(yōu)化狀態(tài)。氣體滲碳是一種具有大滯后特性的過(guò)程，偏差所造成的后果顯得更明顯。為了保證滲碳質(zhì)量的重現性，在本生產(chǎn)線(xiàn)上采用了能夠消除各種偏差所產(chǎn)生的后果的動(dòng)態(tài)碳勢控制技術(shù)。
圖5是動(dòng)態(tài)碳勢控制子系統的組成圖。在動(dòng)態(tài)碳勢控制軟件中設置了快速計算濃度分布曲線(xiàn)的子程序，可以根據實(shí)測的爐溫和氣相碳勢等采樣值即時(shí)計算出瞬態(tài)濃度場(chǎng)，求出當前時(shí)刻最優(yōu)化的c 的設定值，在生產(chǎn)過(guò)程中根據具體的情況實(shí)現最優(yōu)化動(dòng)態(tài)控制。
動(dòng)態(tài)碳勢控制技術(shù)由于采用了數學(xué)模型在線(xiàn)運算的創(chuàng )新性控制方式，從而能夠消除偏差所造成的后果。圖6給出了一個(gè)例子。在一次滲碳過(guò)程中發(fā)生了滲碳劑供應中斷的故障，動(dòng)態(tài)碳勢控制軟件能及時(shí)計算出在氣相碳勢下降和恢復期間的碳濃度分布曲線(xiàn)變化情況，隨后自動(dòng)給予補償，以消除偏差所造成的后果。圖6中的虛線(xiàn)表示在動(dòng)態(tài)碳勢控制第階段理論上的最優(yōu)化控制曲線(xiàn)，由于滲劑供應故障，使c 偏離曲線(xiàn)，在計算機發(fā)出調節指令和報警的同時(shí)，傳感器繼續將各種測試數據輸入計算機，并由計算機不斷計算出每一時(shí)刻的濃度分布曲線(xiàn)。按照一般的過(guò)程控制理念，當C 重新恢復到理論上的優(yōu)化控制曲線(xiàn)時(shí)，意味著(zhù)偏差已被消除。
但是計算機模擬的結果表明，對碳濃度分布曲線(xiàn)而言，偏差所造成的后果十分明顯。因此在動(dòng)態(tài)碳勢控制技術(shù)中，當C 恢復到理論上的最優(yōu)化控制曲線(xiàn)之后(在偏差消除之后)并非像傳統的控制方法那樣立即令c 跟蹤原定的控制曲線(xiàn)，而是令c 繼續上升，及至Cs重新達Nc .之后，再按動(dòng)態(tài)碳勢擰制的算法計算氣相碳勢的設定值。用這種方法可以使滲碳過(guò)程恢復到最優(yōu)化的狀態(tài)，達到事實(shí)上的最大滲碳速度和最佳的濃度分布，使滲碳質(zhì)黽的重現性得到切實(shí)的保證。
熱處理數據庫和工藝庫數據庫中存貯我國及美、德、俄等吲常用滲碳鋼的成分、活度系數、擴散系數、氣一同反應物質(zhì)傳遞系數、氣相反應的平衡常數等數據，系統運行時(shí)自動(dòng)調用有關(guān)數捌即可自動(dòng)生成最優(yōu)化滲碳 藝并自動(dòng)完成生產(chǎn)過(guò)程控制。
系列智能型密封多用爐牛產(chǎn)線(xiàn)所配置的數據庫是?種可擴展的數據庫，用提示輸入新的滲碳鋼的相關(guān)數據，或者是 些新的滲碳方法的傳遞系數、擴散系數，就可以擴大牛產(chǎn)線(xiàn)的應用范圍，也可以由上海交通大學(xué)先進(jìn)熱處理遠 服務(wù)巾心站提供數據支援。主計箅機及時(shí)讀取所有傳感器的采樣值和所囪‘機械動(dòng)作的運行信號，并由主計算機根據最優(yōu)化工豈和動(dòng)態(tài)控制系統作出的決策，用數據通訊的方式分別向所有的智能化儀表~HPLC或鉀能控制單 已發(fā)送各種控制沒(méi)定值，從而使所有的執行元件根槲最優(yōu)化工藝的要求協(xié)調一致地工作，包括滲碳爐溫度、氣氛碳勢的控制、工藝時(shí)間控制、密封多用爐的爐rJ啟閉和全部進(jìn)出爐自動(dòng)操作、淬火 降臺的操作、淬火油溫度的監控、淬火汕惜攪拌速度的控制、清洗機和回火爐的自動(dòng)操作和叫火溫J曼控制、料車(chē)和裝料平臺的操作等，使整個(gè)生產(chǎn)線(xiàn)都置于計算機的集·}J控制下實(shí)現自動(dòng)化生產(chǎn)，并住上計算機的屏幕上直觀(guān)地顯示所有傳感器的測試數據。用圖形顯示生產(chǎn)線(xiàn)的操作狀態(tài)及故障報警，還具有彩媒體攝像頭從屏幕上觀(guān)察生產(chǎn)線(xiàn)作狀況的功能。
可擴展性由于本生產(chǎn)線(xiàn)的硬件配置充分考慮到了牛產(chǎn)管理和過(guò)程控制一體化的需要，今后只要擴腱軟件的功能就可以使生產(chǎn)線(xiàn)的整體功能提升。例如，正在開(kāi)發(fā)的故障自診斷、生產(chǎn)顧草管理等： 系統將使本生產(chǎn)線(xiàn)的計算機生產(chǎn)管理功能提升到較高水、 已初步開(kāi)發(fā)成功的滲碳層 維濃度場(chǎng)碳濃度分布計算機模擬和控制子系統(罔8)『F存試運行，別于提高滲碳零件質(zhì)量將有重大作用。
使用大容積油槽，內簧導向槽和導流板，配備變頻調速攪拌裝置，攪拌速度和淬火油楷溫度部可根據中心計算機的控制指令進(jìn)行調節。
采用變頻調速攪拌裝置雖然增加了設備的成本，但可以使冷卻過(guò)程納入控制狀態(tài)，可以根據滲層硬度分布預報的結果對不同大小的工什采用小同的攪拌速度，并且可以在不同的冷卻階段采用不的攪拌速度，目前是用慢一快一中一慢一靜止多個(gè)階段的冷卻方式，有助于減少工件的崎變。
配置變頻調速攪拌裝置也為今后將淬火冷卻計算機模擬技術(shù)應用于密封多用爐生產(chǎn)線(xiàn)打下物質(zhì)基礎。
【智能型密封多用爐生產(chǎn)線(xiàn)計算機控制】相關(guān)文章：
計算機控制技術(shù)在自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)上的應用08-01
自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)上計算機控制技術(shù)的應用探析07-11
智能型伺服放大器的設計10-06
智能型繼電保護測試系統下位機的設計10-02
分析智能型伺服放大器的設計07-27
基于多用戶(hù)檢測的干擾刪除的研究09-21
液壓密封件選配方法淺析10-21