型砂质量直接优化控制系统的自动控制单元研制

论文摘要

型砂质量是影响铸件质量的重要因素之一。本课题的目的在于研制一种用于型砂质量直接优化控制系统的混砂机加料自动控制单元。所谓型砂质量直接优化控制系统,是一种由组分测试直接到组分控制的控制系统。该系统由型砂组分自动检测单元、混砂机加料自动控制单元和系统上位机三大部分构成。混砂机加料自动控制单元的功能在于接受上位机控制指令,向混砂机准确加入旧砂、新砂、粘土、水和煤粉等原料,是型砂质量直接优化控制系统的重要组成单元。本文设计的混砂机加料自动控制单元由加料机构和控制下位机两大部分构成,加料机构有四组相对独立的粉料螺旋给料器、两组称料放料单元和一个恒水位水箱构成。控制下位机以80C196KC 单片机为核心,外扩程序存储器和I/O接口电路,配备两组称重传感器、两组气缸及其电磁换向阀、恒水位水箱及其电磁换向阀和四组永磁电机。混砂机加料自动控制单元的工作原理可描述为:控制下位机根据上位机下传到本地的旧砂有效粘土含量和含水量计算出旧砂、新砂、粘土、煤粉以及水的添加量,启动加料机构并实时采集称重传感器输出值和水箱加水时间数据,依据PID 计算结果自动完成粗加料动作控制并启动混砂机进行第一次混砂。混砂机完成第一次混砂后进行一次混制砂组分检测,根据检测结果控制单元将进行一次组分调整控制,以实现上述五种型砂组分的精确控制。经实验室模拟运行证明,本文研制的混砂机加料自动控制单元具有结构简单、动作可靠、控制精确等特点。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的来源及意义
• 1.2 型砂质量的直接优化控制方法
• 1.2.1 早期型砂质量总量平衡方法
• 1.2.2 型砂质量直接优化在线控制方法
• 1.3 型砂质量控制系统的研究现状及发展趋势
• 1.3.1 国外型砂质量测控系统
• 1.3.2 国内型砂质量测控系统
• 1.3.3 型砂质量测控技术发展趋势
• 1.4 有效粘土含量及含水量的快速检测方法
• 1.4.1 双电源二次激励法基本原理
• 1.4.2 人工神经网络
• 1.4.3 型砂组分测试模型的构建
• 1.5 课题主要研究内容
• 1.6 本章小结
• 第2章 加料机构设计
• 2.1 型砂质量直接优化控制系统总体构成
• 2.1.1 系统总体结构
• 2.1.2 混砂机加料自动控制单元
• 2.2 混砂机加料机构设计
• 2.2.1 粉料螺旋给料器
• 2.2.2 永磁电动机和链轮组
• 2.2.3 恒水位水箱设计
• 2.3 本章小结
• 第3章 称料放料机构设计
• 3.1 称料机构设计
• 3.2 放料机构设计
• 3.3 加料、称料以及放料工作流程
• 3.4 本章小结
• 第4章 自动控制单元控制下位机硬件设计
• 4.1 单片机80C196KC 及其扩展电路
• 4.1.1 80C196KC 单片机
• 4.1.2 80C196KC 单片机扩展电路
• 4.2 键盘及显示器设计
• 4.3 模拟输入通道设计
• 4.4 开关量输入/输出通道
• 4.4.1 开关量输入
• 4.4.2 开关量输出
• 4.5 上下位机通信技术
• 4.5.1 RS-485 串行通讯工业总线构成及其应用特点
• 4.5.2 上下位机通信电路设计
• 4.5.3 电平转换卡
• 4.6 硬件系统抗干扰设计
• 4.7 本章小结
• 第5章 自动控制单元控制下位机软件设计
• 5.1 加料控制算法
• 5.1.1 数字PID 控制原理
• 5.1.2 加料控制算法的PID 实现过程
• 5.2 控制下位机程序设计
• 5.2.1 控制下位机监控程序设计
• 5.2.2 自动加料子程序设计
• 5.2.3 键盘显示器管理程序设计
• 5.2.4 中断服务子程序设计
• 5.2.5 数字滤波子程序
• 5.3 通信接口程序
• 5.3.1 分布式测控系统的串行通信
• 5.3.2 通信接口程序设计
• 5.4 本章小结
• 第6章 系统总体调试与模拟运行
• 6.1 型砂质量直接优化控制系统调试
• 6.1.1 控制下位机软硬件调试
• 6.1.2 上下位机联机调试
• 6.2 实验室模拟运行
• 6.2.1 控制下位机模拟运行
• 6.2.2 分布式控制系统的联机模拟运行
• 6.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的学术论文
• 致谢