一种适用于金属热处理工艺的智能温控仪

一种适用于金属热处理工艺的智能温控仪
周重益， 陈岚萍， 谢章丽 （江苏工业学院计算机科学与工程系， 江苏 常州 , ） " % $ " * 摘要： 介绍了一种利用 R H = 显示的基于单片机控制的多路温度智能控制仪。该控制仪采用图形点阵式 液晶显示器显示菜单和图形； 利用数字式温度传感器 = 采用折线拟合线性插值高精度计算 F " ) , $补偿室温； 热电偶信号和 ; 抗干扰能力强、 功耗低、 控温精度高且平稳、 人机界 M = 积分分离策略。系统具有电路简单、 面友好等特点。 关键词： 金属热处理；智能温控仪；单片机；热电偶； = F " ) , $ 中图分类号： " # $ % ’ 引言 金属构件的热处理工艺是将该金属构件加热到 一定温度、 经过一段时间的保温、 然后以某种速度冷 却下来。通过这样的工艺过程能使金属构件的性能 发生改变。由于控温对象多种多样， 加之外界干扰 较严重， 采用普通的数显仪表往往满足不了要求， 例 如升温时产生很大的超调量， 恒温时温度上下波动，
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工 矿 自 动 化
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（ ）若 ! （"） （ ） 则认为这 + % * * 为阈值， $ & *$ " 种故障可能发生， 发生的可能性为 ! （& ） 。并将结 果放入中间数据库。 （ ）对所有估价函数为"的知识都按 （ ） 、 （ ） 、 * % （ ） 所述进行匹配。将所有可能发生的故障类型记 + 录在中间数据库。 （ ）如果本事实对应多个诊断结果， 则通过对 ( 万 方数据 众结论真度 ! （& ） 取最大值， 与最大真度相对应的
表% 可信度模糊量词的数值表示
绝对 可信度 可信度 可信度 可信度 可信度 可信度 可信度 绝对 可信 极强 很强 比较强 一般 比较弱 很弱 极弱 不可信 " & $ $$ & ’ $ $ & ( ) $ & * + $ & + $ $ & % + $ & , , $ & " $ $ & $ $
! 结语 本系统的推理控制机制是以 . / 0 1 2提出的模糊 数学理论和模糊推理方法为基础的， 它能有效地处 理由于知识的模糊性所引起的不确定性问题。它将 不确定性看作是一种隶属度或可能性， 定义了适合 本系统的模糊算子以反映各类不确定性传播规律， 运算灵活性强且富于针对性， 实现了该型机电设备 的状态监测和故障诊断， 具有较好的经济效益。
7 & 45 " ’5） ’ #"& 5 5 由" （ ） （（ ） 得： ’5 "1 $ ."&7 ! "） ’，
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参考文献： ［ ］ 黄文虎& 设备故障诊断原理、 技术及应用 ［3］ 北京： 科 " & 学出版社， " ’ ’ ( & ［ ］ 刘有才& 模糊专家系统原理与设计 ［3］ 北京： 北京航 , & 空航天大学出版社， " ’ ’ + & ［ ］ 张涵蜉， 何正嘉& 模糊诊断原理及应用 ［3］ 西安： 西安 % & 交通大学出版社， " ’ ’ , & ［ ］ 4 ， ［3］ 5 6 / 2 / 7 8 / 9 0 1 : ; <=& > ? @ @ C 1 6 E F G E 1 7 & H I H AB D A ： ， ; 6 1 G G J K L /I / E K 94 9 94 6 5 K 6< K 9 0 K 9 " ’ ’ , &
以4 配以相应的输入输 S ) ’ H + +单片机为基础， !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! # 故障即为所求。 （"） （" ! !" %$#! $）
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结论的真度： （& ） （"） ! ) ’! #( 其中， 称为规则的置信度 （ ） ， 本 ( ) $$( ) $" 系统为方便工程操作， 结合发射车的实际使用情况， 选定了一些表示可信度的模糊量词及其量化表示， 如表%所示。
+ 2 " 显示界面 系统显示界面如图 > 所示。在 ; # 上显示出 时间、 各个控温点 （"!! 个） 的实际温度值 （数字显 示与柱形图显示） 和工作状态 （停止、 运行和暂停） 、 设定温度曲线等有关信息。
图) # ’ " ( ) *与 ( , . .接口电路
图 ) 中， # ’ " ( ) * 采 用 直 接 供 电 方 式， +脚接 / .0电源， "脚接地， )脚与( , . .单片机的 1 " 2 3脚 相连。 分辨率 # ’ " ( ) *的测温范围为4 . . !/ " ) . 5， 为* ， 温度数据为 位， 符号位占 位。 2 .5 , " 运行中， 主控 读和写 1 6对# ’ " ( ) * 有复位、 三种操作。每一种操作都必须符合 # ’ " ( ) * 的通信 协议， 即符合时序要求和使用约定的指令代码， 才能 完成预定的操作。 根据协议要求， 主控 1 6对# ’ " ( ) * 的每一次 读写操作都必须先对 # 复位成功 ’ " ( ) * 进行复位， 后发送一条 7 最后发送 7 按此 89 命令， :9 命令， 顺序才能实现对 # ’ " ( ) * 进行操作。从 # ’ " ( ) *获 万 方数据 得当前室温温度值的基本过程如图+所示。 温控仪
［ ］ + 价比较高 。
! 热电偶冷端补偿 冷端补偿采用美国 # $ % % $ &公司生产的数字温度 传感器 # ， 把温度信号直接转换为串行数字信 ’ " ( ) * 由 号。它的外观形状与三极管相似， 只有+个引脚， 于其温度传感器和信号调理电路都集成在一块芯片 中， 因此节省了外围硬件。它与 ( , . . 单片机的接 口电路如图)所示。
图+ # ’ " ( ) *温度变换与读取流程
" 人机界面 数显仪表通常采用 ; 其成本低、 驱 < # 数码管， 动控制简单、 动态响应快、 稳定性高。但它无法显示
图"Biblioteka Baidu硬件结构图
复杂的符号及图形、 汉字。但 7 = 虽能显示图形， 恰好弥 它功耗大、 体积大， 不适于中小型仪表， ; # 补了这些不足。图形点阵式 ; 耗电 # 显示功能强、 少、 体积小， 虽然它因显示汉字要占用较多的存储空 间， 动态响应慢些， 夜间要靠背光显示， 但利用它可 以实现中文图形界面， 使用方便， 已显示出巨大的优 越 性。 本 系 统 选 用 国 产 的 < 内建 #9 + ) * ) > * :， 性 + )? @0 7 :9、 ’ < # " + . " 显示控制器和 < A背光，
图> 系统主界面
各个控温点的设定温度曲线的显示可以通过键 盘设定实现切换， 也可以采用巡回显示方式定时切 换。在温度自动控制的过程中， 计算机实时地记录 各个温度控制点的实际温度值， 并且以稍粗一些的 线条在 ; # 上直观地显示。通过观察 ) 根温度曲 线， 可判断当前的控制效果。 可以显示的最高温度值为 "* 时间坐标 * * 5， 可通过键盘设定扩展为" ， 这在大多数情况下完 * *B http://www.wenkongyi.net/
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学习速率减小法： （ （ ） $# 4 （ ） 4） ’ % $" " 5 式中： 常数 5 用于调节整个训练周期的学习速 率； （ ）为 学 习 速 率 初 始 设 定 值，取 " （ ） ’ $’ . " （ ） 、 （ ） ’ （ ） 作为参考取值。 ’ 3 % ’ 3 # ’ # ’ .0 " " " 由 （ ） 式得神经网络自适应控制规律： $ （ ） （& 45 " ! "#$ ’# " ’5 #"& 45’5 # $"&+
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周重益等： 一种适用于金属热处理工艺的智能温控仪
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出通道。采用图形点阵式液晶显示模块， 显示直观、 操作简便。由键盘设定各个控温点的控温曲线及工 作状态， 单片机分时地采集 ! 路热电偶信号并进行 冷端补偿得到各控温点的实际温度值， 由控制算法 程序计算得到各点的输出控制值， 然后由数字式移 相触发电路控制可控硅导通角， 即控制了送向电加 热器的电能， 由此达到调整各控温点的实际温度的 目的。当系统出现温度超限或热电偶断路时由报警 电路发出声光报警。
收稿日期： , $ $ P $ ) P " )
文献标识码： & 达不到控制的要求。开发集显示、 记录和控制于一 体温度记录调节仪， 在多种工况条件下对各种对象 能实现最佳控制， 可以大大提高控制质量和自动化 水平。 ( 系统原理 控制 系 统 主 要 包 括 信 号 采 集、 输 出 控 制、 键盘和报警电路和 R 4 S ) ’ H + +单片机、 H = 显示器 等组成。原理框图如图"所示。
・8 :・ 全能满足要求。
工矿自动化
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! " # 操作界面 该仪表配置了 $ 个有 % 个键的小键盘， 通过该 并可以输入 ’!( 数 键盘可以进行$ &种命令操作， 字。 ! 温度控制算法 温度控制过程中， 以恒定的速率升、 降温或保 温， 所有给定均为斜坡信号或恒定信号。由于以上 特点， 常规的控制方法不能得到很好的控制效果。 采用分解式神经网络自适应算法 （) 能够很好 * *） 地解决上述问题。将控制分为两部分： 一部分采用 ， 另一部分采用非线性循环神 线性神经网络 （+ * *） 。 经网络 （) , * *） （ ） （ ） （ （ ） ! "#$ !+ "#$ $%!） !* "#$ $! # （ （ （ （ ， （ ） &’ "） $%!） ( ( "） * "） $! # ) （ ） $ （ ［ （ ， （ ） ， …， （ ） ； ’ "） . "） "0 $ "0+1 $ )/ )/ )/ （ ） ，2 （ ） ， …， （ 0+1 ） ； "0 $ $ ) ) 2" ) 2" （ ， （ ） ， …， （ ） ］ * "） * "0 $ * "0+1 $ 式中： ； 误差* （ （ ） ! 为权重因子， !!$ "） .) 3" （ ） ；/ （ 为" 时刻的模型输出； （ ） 为对象 0 "） ) ) 2" ) 2" 输出； 下标 +、 非线性神 * 分别代表线性神经网络、 经网络。
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