1 引 言
气门电镦是生产气门的一种重要工艺方法，传统的电镦机生产的气门废品率很高，严重影响了工厂的经济效益，浪费了珍贵的材料和能源。为此我们对传统电镦机进行改造。
电镦机的工作原理如图1所示。
加热变压器的次极两端与砧子、夹紧电极及毛坯构成回路，在低电压、大电流作用下，毛坯被加热到成形温度，在镦粗缸活塞的推压下局部镦粗成形。其工艺过程可分始镦和终镦过程。
始镦过程 镦粗缸和砧子缸的活塞分别以速度V1和V2向左运动，砧子缸活塞的后退运动用于控制毛坯的初始加热、变形长度，V1＞V2。
终镦过程 在终镦过程结束时，砧子缸活塞暂停，毛坯的镦粗速度等于镦粗缸活塞的速度。
因此，V1，V2和镦粗压力P和加热电流I等参数对气门毛坯的成形质量起着决定性作用。
2 智能电镦机控制系统的设计方案
该系统的设计方案如下：系统分为管理监控层和设备层。管理监控层由研华工控机构成，他作为上位机，存储系统的最优参数、控制规则等，在镦粗时运用专家智能系统对系统监测与控制，设备层由PLC（作为下位机）、D／A输出卡、数字量输入和输出卡、模拟量输入卡、传感器与变送器和执行机构组成。PLC与PC机之间通过硬件接口进行通讯。另外，我们还对原来的系统进行了改造：在砧子缸和电镦粗缸安装位移传感器，用比例流量阀和比例压力阀分别替代原来的单向调速阀和普通压力阀，计算机系统能通过检测传感器上的信号对其位移、速度和系统压力进行连续压系统替代原来的改变变压器中间抽头的方法，使加热电流由计算机进行实时控制，并且在本系统中引入模糊控制和专家系统。
3 硬件选择
3．1 系统硬件配置
（1）上位机
本系统采用研华586系列高可靠工业控制机作为上位机，高分辨率17英寸液晶显示器。他主要用于存储各种系统变量、最优参数、现场检测实际气门毛坯质量数据、运行其内部的智能控制模型，获得理想的控制数据。对PLC、D／A与A／D模块、各种传感变送器件和执行机构进行实时控制。整个系统的硬件结构图如图2所示。
A／D模块采用1块12位32通道的带光隔的采集卡，D／A模块采用2块12位4路光隔的模拟量输出模块。为了提高抗干扰能力，在硬件电路中还采用RC滤波器和软件中设计了数字滤波器。
（2）下位机
FX2N-80MR型PLC作为下位机，实现顺序逻辑控制。主要用于控制镦粗缸、砧子缸、上辅助夹持缸、下辅助夹持缸、导电夹持缸和油泵的运动状况、驱动各种指示灯、与工控机进行通讯等。操作方式分3种：自动、半自动和手动。根据整个电镦生产工艺控制过程进行I／O分配。
3．2 速度、压力和加热电流的控制方法
（1）加热电流
加热电流是影响电镦毛坯质量的关键参数之一，我们采用了变周期过零触发电路，通过改变定周期内晶闸管导通的周波数，实现交流调压。由于电镦机由加热变压器提供加热电流I，这样，可采用调节加热变压器初级电压的方法来调节加热电流。该电路由同步变压器、变周期过零触发电路、双向晶闸管、保护电路和智能控制电路等组成。通过调节变压器的初级电压、电流的大小来间接调节加热电流，并用霍尔电流传感器作为检测器件，实现电流和温度的计算机智能控制系统。
（2）压力
压力也是影响电镦毛坯质量的重要参数之一，电热镦粗必须把压力控制在一定的范围内，系统压力的控制元件为比例压力阀。压力控制回路采用溢流阀、压力传感器与变送器、A／D和D／A转换器、电磁比例调压阀、智能控制器组成。微机根据传感器获得的实际压力值和自学习控制算法，实现对电镦过程中的系统压力的自动跟踪控制。压力控制系统原理如图3所示。
（3）速度控制
速度控制包括镦粗缸活塞运动速度控制和砧子缸活塞运动速度控制等。这两项是影响镦粗质量的关键因素。设计不同的镦粗缸活塞运动速度与砧子缸活塞运动速度组合可获得不同的镦粗形状。速度控制回路采用电磁比例流量阀、位移传感器与变送器、智能控制器等组成。其中，电磁比例流量阀是速度控制的执行单元；智能控制器包括CPU、A／D和D／A等模块；为保证速度控制精度，采用位移传感器作为位移、速度检测器件，构成闭环控制系统。
4 软件设计
4．1 工控机软件设计
本系统采用VisualC＋＋编写大部分程序。总体采用模块化设计，他的界面友好，操作方便。
软件主要包括文件操作和数据处理模块、系统的状态监视与输出模块、电镦过程的智能控制算法模块、通讯模块等部分组成。智能控制模块包含电热镦粗工艺参数计算、变形温度模糊控制专家系统、电热镦粗缺陷消除专家系统和电热镦粗参数的模糊控制系统。在专家系统中，知识库采用Access关系数据库，与VC＋＋的接口采用ADO技术。他可以采用较少的代码，对数据库的操作速度比ODBC快。并且程序实现方便，添加知识容易，有丰富的查询语言，容易建立解释机。
缺陷消除专家系统是采用VisualC＋＋编制出电热镦粗质量缺陷分析诊断专家系统，专家对镦粗工件缺陷进行准确的判断，同时快速查询缺陷的产生原因和解决措施，在熟悉镦粗工件缺陷的种类形成原因、防止措施的基础上，总结归纳出用自然语言描述的产生式规则，然后建立知识库，编写相应的推理机，设计完成气门电镦质量缺陷诊断专家系统。在加工过程中，计算机根据这些知识，对电热镦粗产品质量进行测定，对生产过程状态的观测，并将结果进行模糊化。模糊化的信号结合知识库中的知识和经验，基于规则的推理机推出使镦件缺陷消除的机器参数修正方向和力度的模糊值，然后再清晰化，得到精确的控制量，完成校正过程，从而更好地提高了产品质量。
变形温度模糊控制专家系统能够根据镦粗压力的变化实时调节加热电流或镦粗速度，使镦粗温度维持在规定的范围内。该专家系统采用两级处理方式，首先，按照镦粗压力的偏差大小分成2个子系统。各子系统再根据镦粗压力的偏差、加热电流和镦粗缸活塞运动速度，转换成他们对应的论域，进行模糊推理，得出二级系统对应的控制规则。再采用隶属度加权平均判别法，将控制变量精确化，构成校正的闭环控制系统。
4．2 PLC软件设计
PLC控制程序在上位机采用梯形图编程，然后下载到PLC中。这种方式编程简单，修改方便。PLC控制程序主要由流程控制程序、正常停车程序、故障停车等组成。他分半自动、自动、手动3种操作。当操作开关置于“手动”时，输入点X003接通，其常开触点闭合，这时执行手动程序，在系统调试或检修时，常用到这种控制方式；当操作方式置于“半自动”时，X002接通，这时执行半自动程序，工作一个周期；操作开关置于“自动”时，即X001接通，此时，执动全自动程序。其控制程序的结构如图4所示。
5 结 论
本系统经试运行表明，有效地实现了气门电镦生产的智能控制、人机对话、数据处理、报表打印等功能。特别是模糊控制与专家系统等智能技术的引入，提高了气门镦件的质量，降低了废品率，提高了工厂的经济效益。本设计性能可靠、适应性强，具有较强鲁棒性，符合工业综合控制向智能化发展的方向。
现代电子技术
