CN108453242B - 一种基于自学习的低压铸造加压控制方法及装置 - Google Patents

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Abstract

一种基于自学习的低压铸造加压控制方法及装置，包括压力传感器、温度传感器、控制器、电气比例阀、气路、人机接口面板和通信接口。压力传感器用于测量保温炉内压力。温度传感器用于测量保温炉内温度。控制器完成数据采集及输出控制信号。电气比例阀接收控制器的信号，完成气路压力控制。人机接口面板用于工艺数据设定和曲线显示及操作。通信接口用于设备之间数据交换。自学习模型用于寻找合适的加压控制规律。对于设定的铸造工艺数据，通过自学习模型寻找对应工艺的控制规律，由该控制规律进行控制加压过程，能够实现保温炉内压力满足工艺要求，提高铸件品质。

Description

一种基于自学习的低压铸造加压控制方法及装置
技术领域
本发明涉及低压铸造控制方法和控制装置领域，特别涉及一种基于自学习的低压铸造加压控制方法及装置。
背景技术
在密闭装有金属液的容器内，持续不断地将压缩气体送入至保温炉内，此时保温炉内压力成梯度增加，使金属液在保温炉内与型腔形成的压力差的作用下进入型腔，根据工艺进行升液、充型、结晶、保压等一系列加压过程，最后，在模具内铸成金属铸件。铸件的质量好与差，除了金属材料本身影响外，更重要的是液面加压控制直接影响铸件的质量。由于低压铸造的加压过程受多种因素影响，如气体受热膨胀、铸造过程的保温炉内的空间变化、气体泄漏等，所以常规的控制方法难以满足要求。根据目前的低压铸造相关的技术资料，没有一种好的加压控制方法满足低压铸造的工艺要求。为此，本发明提出了一种基于自学习的低压铸造加压控制方法及装置，由相关的数据，通过自学习的过程，找到合适的控制规律，使铸造加压过程满足工艺要求，提高铸件的品质。对于低压铸造来说，由于铸件的规格不同，或者铸造的条件发送变化，则需要改变相应的加压工艺曲线的数据。设定的工艺曲线数据改变了，那么按照本发明的方法，则需要由新数据重新自学习，找到新工艺条件下的控制规律，以保证铸件的产品质量。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种基于自学习的低压铸造加压控制方法，本发明的另一个目的在于提供一种基于自学习的低压铸造加压控制方法使用的装置，按照本发明的方法和设备，可以根据自学习找到不同工艺条件下的控制规律，以保证铸件的产品质量。
采用的技术方案是：
根据低压铸造的工作特点，每生产一个铸件，需要完整的一个加压过程，即加压过程基本分为升液、充型、增压、保压、泄压等阶段。在生产条件和铸件规格不变的情况下，根据设定的加压工艺曲线，在合适的加压控制规律作用下，生产铸件就是循环加压过程。
一种基于自学习的低压铸造加压控制方法，具体方法描述如下：
在某一设定工艺条件下，通过人机接口面板(HMI)设定工艺曲线压力，设SV(k)，k为采样时刻，SV(k)为第k次设定压力值。根据设定的工艺曲线，计算控制变量，设为U1(k)，由控制器输出U1(k)的信号，在U1(k)的作用下，电气比例阀完成气路压力控制，保温炉内压力跟着变化，不过这时设定压力和保温炉内压力相差比较大，而且设定压力总是大于保温炉内压力，生产的铸件不能满足品质要求高的场合。工作完整一个加压过程后，控制器采集到相应的保温炉内实际压力PV(k)和保温炉内温度T(k)，并记录在控制器或上传至人机接口面板(HMI)，作为自学习的数据。
工作一个加压过程后，得到相应数据SV(k)、PV(k)、T(k)、U1(k)，由SV(k)、PV(k)、T(k)、U1(k)数据，通过自学习模型得到控制校正量U2(k)，考虑到低压铸造特点，保温炉内实际压力跟随设定压力，但不能超过设定压力，这样有利于提高铸件品质，因此自学习模型中有相应的约束条件。为了精确控制加压过程，还要考虑随着铸件的生产保温炉内的容积发生变化，新的控制变量还须加上补偿控制变量，不妨补偿控制变量设为U3(k)，U3(k)根据铸件的规格确定，其数值由人机接口面板(HMI)输入。在当前设定的工艺曲线下，得到新控制变量，不妨设新控制变量为U(k)，即U(k)＝U1(k)+U2(k)+U3(k)，在U(k)作用下，电气比例阀完成气路压力控制，根据判断条件，是否结束自学习过程。关于判断条件的确定，可以是铸件的品质优劣来衡量，也可以是设定压力和保温炉内实际压力在一个加压循环内的误差平方和大小(误差平方和的数值<0.0001)来衡量，即设定压力曲线和保温炉内实际压力曲线的重叠程度来衡量(重叠程度尽可能高)。如果铸件的规格改变或因铸造条件变化改变了工艺曲线，那么需要重新进行前面工作过程，寻找对应的控制规律。
前述的自学习模型(规则)用于寻找控制规律。
一种基于自学习的低压铸造加压控制方法使用的装置，包括压力传感器、温度传感器、控制器、电气比例阀、人机接口面板(HMI)和通信接口。
压力传感器的输出端连接控制器的第一模拟量接口。
温度传感器的输出端连接控制器的第二模拟量接口。
控制器的第三模拟量接口连接电气比例阀的电气接口端。
控制器和人机接口面板之间通过通信接口连接。
压力传感器用于测量保温炉内压力。
温度传感器用于测量保温炉内温度。
控制器完成数据采集及数据计算和输出控制信号。
电气比例阀接收控制信号，完成气路压力控制。电气比例阀设置在气路的气源和气路的出口之间。
人机接口面板(HMI)用于工艺数据设定和曲线显示及操作。
通信接口用于人机接口面板和控制器设备之间数据交换。
本装置的框图，见附图1。
其优点在于：
按照本发明的方法和设备，可以根据自学习找到不同工艺条件下的控制规律，以保证铸件的产品质量。
附图说明
图1为本发明装置的框图。
压力传感器1、温度传感器2、控制器3、人机接口面板4、通信接口5、电气比例阀6、气路7。
具体实施方式
实施例1
一种基于自学习的低压铸造加压控制方法，其具体实施过程分以下步骤：
①传感器安装：压力传感器1和温度传感器2安装在保温炉外壁，探头设置在保温炉内，以便测量保温炉内压力和温度，它们的信号线连接到控制柜内的控制器3。
②设备安装：人机接口面板4(HMI)安装在控制柜的前面板上，控制器3安装在控制柜内部上半部，电气比例阀6安装在控制柜内部的下半部，并接入到气路7中，气路7和保温炉内相连。控制器3的输出信号连接到电气比例阀6的信号输入接口。
③通信连接：焊接一根专用通信电缆，一头是9针D型公插座，数据线Data+连接到3号针脚，数据线Data-连接到8号针脚。另一头是9针D型母插座，数据线Data+连接到2号针脚，数据线Data-连接到1号针脚。通信电缆的公插座连接到控制器3,通信电缆的母插座连接到人机接口面板4(HMI)。
④数据输入：在人机接口面板4(HMI)输入相应的设定数据，如工艺曲线数据、补偿控制变量U3(k)、自学习模型需要的知识库数据，这些已知数据通过通信保持到控制器3，为自学习过程准备数据。
⑤数据采集及自学习：按照当前的工艺数据，工作一个加压循环，设采样周期为100ms，控制器3采集到数据SV(k)、PV(k)、T(k)、U1(k)。由数据SV(k)、PV(k)、T(k)、U1(k)，加上控制器3已保持的数据，通过自学习模型(模糊逻辑推理模型)得到控制校正量U2(k)，这样就得到新的控制变量U(k)，即U(k)＝U1(k)+U2(k)+U3(k)。取设定压力和保温炉内实际压力在一个加压循环内的误差平方和大小作为结束条件(即当误差平方和<0.0001作为结束条件)，如果不满足判断条件，则U(k)数据送给U1(k)，回到本步继续自学习。若满足判断条件，那么自学习结束。
本步骤中的自学习模型(规则)用于寻找控制规律，采用模糊逻辑推理模型。
⑥正常铸件生产：通过前面①--⑤步的工作，控制系统找到了当前工艺条件下的合适控制规律，按照该控制规律进行铸件生产。如果铸件的规格不同或工艺参数改变，那么需要寻找对应的加压控制规律。回到第④步。
一种基于自学习的低压铸造加压控制方法使用的装置，包括压力传感器1、温度传感器2、控制器3、电气比例阀6、人机接口面板4(HMI)和通信接口5。
压力传感器1用于测量保温炉内压力，采用米科压力传感器MIK-P300-0.1MPa-V1-B1-C1-J1-P3。
温度传感器2用于测量保温炉内温度，采用米科温度传感器MIK-WRKK-131I。
控制器3完成数据采集及输出控制信号，采用西门子S7-200可编程控制器(PLC)。
电气比例阀6接收控制信号，完成气路7压力控制，采用SMC的ITV3010-01-2-S阀，电气比例阀6设置在气路7的气源和气路的出口之间，气路7为已知技术。
人机接口面板4(HMI)用于工艺数据设定和曲线显示及操作,采用威纶通MT6100iV2触摸屏。
通信接口5用于人机接口面板4(HMI)和控制器3之间数据交换,连接采用RS485方式，通信规约采用PC/PPI协议。
压力传感器1的输出端连接控制器3的第一模拟量接口。
温度传感器2的输出端连接控制器3的第二模拟量接口。
控制器3的第三模拟量接口连接电气比例阀6的电气接口端。
控制器3和人机接口面板4之间通过RS485(通信接口5)接口连接。
实施例2
实施例2与实施例1的不同之处在于：
自学习寻找控制规律过程由人机接口面板4(HMI)脚本程序完成。在人机接口面板4(HMI)输入的设定数据，如工艺曲线数据、补偿控制变量U3(k)、自学习模型需要的知识库数据，这些已知数据直接保持在人机接口面板4(HMI)，为自学习过程准备数据。控制器3采集到数据SV(k)、PV(k)、T(k)、U1(k)，通过通信上传至人机接口面板4(HMI)。通过模糊逻辑推理模型得到控制校正量U2(k)，相应得到新控制变量U(k)，即U(k)＝U1(k)+U2(k)+U3(k)，由通信下载到控制器3，控制器3控制电气比例阀6完成气路7加压控制。

Claims (3)

1.一种基于自学习的低压铸造加压控制方法，其特征在于包括以下步骤：
数据输入：通过人机接口面板（4）输入相应的设定数据，包括工艺曲线数据、补偿控制变量U3(k)、自学习模型需要的知识库数据，这些已知数据通过通信保持到控制器（3），补偿控制变量U3(k) 是由铸件生产过程中保温炉内的容积发生变化而设定的参数；
数据采集及自学习：通过人机接口面板(4)设定加压工艺曲线，SV(k)为第k次设定的压力值；通过设定的加压工艺曲线，计算控制变量U1(k)，在U1(k)的作用下，电气比例阀（6）完成气路（7）压力控制，保温炉内压力跟着变化；工作一个加压过程后，控制器（3）采集到相应的保温炉内实际压力PV(k)和保温炉内温度T(k)，控制器（3）按照采样周期采集到数据SV(k)、PV(k)、T(k)、U1(k)，通过通信上传至人机接口面板（4）；由SV(k)、PV(k)、T(k)、U1(k)数据，通过自学习模型得到控制校正量U2(k)，计算控制变量U1(k)、加上控制校正量U2(k)和补偿控制变量U3(k)，得到新控制变量U(k)，即U(k)＝U1(k)+U2(k)+U3(k)，在U(k)作用下，控制电气比例阀（6）完成气路（7）压力控制，当设定压力和保温炉内实际压力在一个加压循环内的误差平方和<0.0001，自学习结束，否则，则U(k)数据送给U1(k)，回到本步骤继续自学习，所述自学习模型为模糊逻辑推理模型；
正常铸件生产：控制系统找到了当前工艺条件下的合适控制规律，按照该控制规律进行铸件生产；如果铸件的规格改变或因铸造条件变化改变了加压工艺曲线，那么需要重新进行上述步骤，寻找对应的控制规律。
2.一种如权利要求1所述的基于自学习的低压铸造加压控制方法所使用装置，包括压力传感器(1)、温度传感器(2)、控制器(3)、电气比例阀(6)、人机接口面板(4)和通信接口(5)，其特征在于：
压力传感器(1)的输出端连接控制器(3)的第一模拟量接口；
温度传感器(2)的输出端连接控制器(3)的第二模拟量接口；
控制器(3)的第三模拟量接口连接电气比例阀(6)的电气接口端；
控制器(3)和人机接口面板(4)之间通过通信接口(5)连接；
压力传感器(1)用于测量保温炉内压力；
温度传感器(2)用于测量保温炉内温度；
控制器(3)完成数据采集及数据计算和输出控制信号；
电气比例阀(6)接收控制信号，完成气路(7)压力控制；
人机接口面板(4)用于工艺数据设定和曲线显示及操作；
通信接口(5)用于控制器(3)和人机接口面板(4)设备之间数据交换。
3.根据权利要求2所述的基于自学习的低压铸造加压控制方法所使用装置，其特征在于：压力传感器(1)为MIK-P300-0.1MPa-V1-B1-C1-J1-P3传感器；
温度传感器(2)为MIK-WRKK-131I传感器；
控制器(3)为S7-200可编程控制器；
人机接口面板(4)为MT6100iV2触摸屏；
通信接口(5)为RS485接口；
电气比例阀为(6)为SMC的ITV3010-01-2-S阀。
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