[發(fā)明專利]一種鋼料溫度實(shí)時(shí)測量與控制方法及專用裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810010200.X
• 申請日: 2008-01-23
• 公開（公告）號: CN101493706A
• 公開（公告）日: 2009-07-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳景輝;朱軍;榮勝波
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院沈陽自動化研究所
• 主分類號: G05D23/20
• 分類號: G05D23/20;G01J5/00;B21D7/16;B21D7/00;G12B5/00
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標(biāo)代理有限公司
• 代理人: 許宗富;周秀梅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋼料溫度測量與控制技術(shù)，特別是涉及一種能夠?qū)崿F(xiàn)鋼料的中頻感應(yīng)加熱溫度實(shí)時(shí)測量與閉環(huán)控制的方法及專用裝置。

背景技術(shù)

鋼料加熱彎曲淬火機(jī)床目前普遍采用的溫度測量與控制方法是：采用非接觸式的紅外測溫儀檢測中頻感應(yīng)加熱區(qū)的鋼料溫度，根據(jù)紅外測溫儀顯示的鋼料溫度人工調(diào)整中頻電源的功率來調(diào)節(jié)鋼料的溫度。由于中頻電源功率的微小變化對鋼料溫度就會產(chǎn)生較大的影響，因此人工調(diào)整無法保證鋼料的溫度的精度，鋼料一般加熱到1020攝氏度，其塑性變形溫度區(qū)間僅有60攝氏度，一旦超出了鋼料的塑性變形溫度區(qū)間，就可能導(dǎo)致鋼料的機(jī)械強(qiáng)度的急驟下降，從而使整根鋼料報(bào)廢。為了提高鋼料的中頻感應(yīng)加熱溫度的控制精度，研制一種能夠精確控制鋼料溫度的測量控制方法及專用裝置，是目前亟待解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種能夠自動且精確控制鋼料溫度的測量與控制方法及專用裝置。

本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

測量與控制方法：

1)用非接觸式的紅外測溫儀檢測鋼料的中頻加熱溫度；

2)將測得的鋼料溫度信號通過紅外測溫儀變送器轉(zhuǎn)換成1～5V模擬電壓信號；

3)將所述模擬電壓信號經(jīng)紅外測溫儀變送器上的模擬量輸出接口送至安裝于工控機(jī)內(nèi)的模擬量輸入裝置將其轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字電壓信號；

4)執(zhí)行存儲于工控機(jī)內(nèi)的控制模塊任務(wù)，得到進(jìn)給速度的數(shù)字信號，作為控制量；

5)最后經(jīng)安裝于工控機(jī)內(nèi)的模擬量輸出裝置將所述鋼料的進(jìn)給速度轉(zhuǎn)換成0～10V模擬電壓信號后送至交流變頻器；

6)由交流變頻器控制鋼料進(jìn)給電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)鋼料溫度的實(shí)時(shí)閉環(huán)控制。

控制模塊任務(wù)具體為：

1)通過進(jìn)行工程量轉(zhuǎn)換，將數(shù)字電壓信號轉(zhuǎn)換為實(shí)際溫度值；

2)通過對鋼料所設(shè)定的溫度參數(shù)及實(shí)際溫度值求出鋼料溫度誤差；

3)由變速積分?jǐn)?shù)字PID控制算法公式計(jì)算出實(shí)際的進(jìn)給速度的數(shù)字信號，作為控制量；

所述控制模塊任務(wù)具體如下：

首先初始化參數(shù)：

本發(fā)明設(shè)：鋼料溫度誤差下限，鋼料溫度誤差上限，控制量上一個(gè)掃描周期值，鋼料溫度誤差上一個(gè)掃描周期值，鋼料溫度誤差上兩個(gè)掃描周期值，控制量，紅外測溫儀測量值下限，紅外測溫儀測量值上限，數(shù)字PID控制器積分項(xiàng)作用系數(shù)，數(shù)字PID控制器比例項(xiàng)，數(shù)字PID控制器積分時(shí)間，數(shù)字PID控制器微分時(shí)間，掃描周期，實(shí)際鋼料溫度，第一數(shù)字PID控制器誤差系數(shù)，第二數(shù)字PID控制器誤差系數(shù)，第三數(shù)字PID控制器誤差系數(shù)；

然后設(shè)定鋼料溫度；

讀取紅外測溫儀測量信號；

計(jì)算實(shí)際鋼料溫度，計(jì)算公式為：T＝(V1-1)×(m1-n1)/4+n1；

計(jì)算鋼料溫度誤差，計(jì)算公式為：ek＝Ts-T；

判斷鋼料溫度誤差是否大于鋼料溫度誤差上限，若鋼料溫度誤差大于鋼料溫度誤差上限，則將數(shù)字PID控制器積分項(xiàng)作用系數(shù)置0，跳轉(zhuǎn)到計(jì)算第一數(shù)字PID控制器誤差系數(shù)處繼續(xù)執(zhí)行；若鋼料溫度誤差小于鋼料溫度誤差上限，則判斷鋼料溫度誤差是否小于鋼料溫度誤差下限；

若鋼料溫度誤差小于鋼料溫度誤差下限，則將數(shù)字PID控制器積分項(xiàng)作用系數(shù)置1，然后跳轉(zhuǎn)到計(jì)算第一數(shù)字PID控制器誤差系數(shù)處；若鋼料溫度誤差不小于鋼料溫度誤差下限，則執(zhí)行如下步驟；

計(jì)算數(shù)字PID控制器積分項(xiàng)作用系數(shù)，計(jì)算公式為：Nk＝(B2-ek)/(B2-B1)；

計(jì)算第一數(shù)字PID控制器誤差系數(shù)，計(jì)算公式為：K0＝Kp×(1+Nk×t/Ti+Td/t)；

計(jì)算第二數(shù)字PID控制器誤差系數(shù)，計(jì)算公式為：K1＝(-1)×Kp×(1+2×Td/t)；

計(jì)算第三數(shù)字PID控制器誤差系數(shù)，計(jì)算公式為：K2＝Kp×Td/t；

計(jì)算控制量，計(jì)算公式為：uk＝uk_1+K0×ek+K1×ek_1+K2×ek_2；

輸出控制量；

保存參數(shù)值：uk_1＝uk：ek_2＝ek_1：ek_1＝ek；

判斷鋼料是否加工完畢，若結(jié)果為否，則返回到設(shè)定鋼料溫度處，若結(jié)果為是，則退出。

其所用裝置包括：

一紅外測溫儀鏡頭，與紅外測溫儀變送器電連接；紅外測溫儀鏡頭通過X軸調(diào)整裝置設(shè)置于對準(zhǔn)鋼料測溫點(diǎn)的X軸方向位置，通過Y軸調(diào)整裝置設(shè)置于對準(zhǔn)鋼料測溫點(diǎn)的Y軸方向位置，并通過測溫點(diǎn)距離調(diào)節(jié)裝置設(shè)于相對于鋼料測溫點(diǎn)的有效測溫距離內(nèi)；

一工控機(jī)，存有控制模塊程序；