由于真空熱處理技術(shù)具有無(wú)脫碳、無(wú)氧化、脫脂、脫氣、表面質(zhì)量好、變形微小、熱處理零件綜合力學(xué)優(yōu)異、使用壽命長(cháng)、無(wú)公害、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)。因此,幾十年來(lái),在上真空熱處理技術(shù)始終是金屬熱處理技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)。
美國能源部工業(yè)技術(shù)廳、美國金屬學(xué)會(huì )熱處理學(xué)會(huì )等權wei部門(mén)針對美國熱處理工業(yè)21世紀的發(fā)展遠景進(jìn)行了預測,未來(lái)對熱處理工業(yè)質(zhì)量要求高,生產(chǎn)效率不斷得到提高,控制效果好,工作環(huán)境衛生,清潔無(wú)污染,生產(chǎn)中采用智能系統控制對標準的閉環(huán)控制系統進(jìn)行控制,提高產(chǎn)品的,控制結果使工藝時(shí)間減少一半,大大地降低成本。
這些設想,為真空熱處理技術(shù)的發(fā)展提供了廣闊的平臺和機遇,同時(shí)促進(jìn)了現有的各種控制策略在真空熱處理設備控制系統中的應用。
早在20世紀20年代,美國無(wú)線(xiàn)電公司就研制了VAC-10型真空熱處理爐。1949年美國芝加哥一家企業(yè)將真空熱處理應用于生產(chǎn)中,這是真空熱處理技術(shù)工業(yè)應用的起點(diǎn),至今已逾半個(gè)多世紀。對于真空熱處理爐,發(fā)展的較為,生產(chǎn)的真空熱處理爐指標比較高、有很好的實(shí)用價(jià)值。如美國的VFS公司,法國的ECM公司,俄羅斯爾熱爾夫公司,對于像大型真空爐這樣爐膛體積大,有效工作區范圍大、真空度要求高的控制系統,美國的VFS公司不但具備完善的理論基礎,而且在應用上還具有非常強的實(shí)踐操作能力。真空熱處理設備采用PLC做為控制系統核心,在很大程度上便于系統的擴展,能夠適應工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的各種需要,是一種理想的熱處理過(guò)程自動(dòng)控制系統產(chǎn)品。溫度控制策略方法形式多樣,包括自適應PID,模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )、遺傳算法等。系統總體通用性強,控制功能完善,組態(tài)靈活和安裝簡(jiǎn)單規范,操作顯示集中和人機界面友好,數據處理和調試方便,運行可靠和控制效果好以及造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)。
在真空退火爐溫度控制系統方面,2006年,日本RKC儀表公司開(kāi)發(fā)出一種的軌道安裝式高密集度多用溫度控制系統,用于真空退火爐設備的加熱溫度自動(dòng)控制,該控制系統型號為SRZ DIN型,其控制準確度為0.2%級,系統掃描周期為250ms。該控制系統根據控制對象方式可以分為單加熱控制和加熱/冷卻控制兩種型號,控制模式分為位式控制、比例控制和多級控制三種。為了滿(mǎn)足大型真空退火爐加熱溫區多的要求,該控制系統具有擴展功能,多可擴展至16個(gè)功能模塊,每個(gè)功能模塊可以控制4個(gè)單加熱溫區或者8個(gè)加熱/冷卻溫區。每個(gè)模塊具有10個(gè)標準信號輸入通道,可以從工業(yè)現場(chǎng)采集標準的熱電偶信號、電壓或者電流信號,具有很強的兼容性。出于真空退火生產(chǎn)工藝中對設備的正常運行要求*,該加熱控制系統針對這一要求設計了很多報警功能,包括控制回路開(kāi)斷報警、加熱電阻帶熔斷報警、控制網(wǎng)絡(luò )故障報警等,很好的滿(mǎn)足了真空退火的生產(chǎn)工藝要求。另外,該加熱控制系統采用集成化設計,整個(gè)系統被集成安裝在一個(gè)控制盤(pán)內,外部控制面板界面清晰,人機交互好,檢修維護方便,克服了以往真空退火溫度控制器存在分散性的弊端。
智能控制是一門(mén)新興的交叉前沿學(xué)科,是自動(dòng)控制學(xué)科發(fā)展過(guò)程中一個(gè)嶄階段。目前智能控制的研究與應用已深入到眾多的領(lǐng)域,例如航空航天、軍事、工業(yè)以及冶金行業(yè)等。智能控制的發(fā)展過(guò)程經(jīng)歷了一下階段:
20世紀20年代,布萊克、奈奎斯特和博德在貝爾實(shí)驗室的一系列工作中奠定了經(jīng)典反饋控制理論基礎。經(jīng)典控制理論是對由微分方程和差分方程描述的動(dòng)力學(xué)系統進(jìn)行控制的理論和方法,研究的是單變量常系數線(xiàn)性系統,只適用于單輸入單輸出控制系統(SISO)。
20世紀60年代以后,產(chǎn)生了線(xiàn)性系統理論、*優(yōu)控制理論、系統辨識、隨機控制理論、自適應控制理論和魯棒控制理論等現代控制理論?,F代控制理論主要表現為控制對象結構的轉變、分析方法的改變、研究方法的改變和建模手段的改變等幾個(gè)方面。
20世紀60年代初,F.W.Smiths 首先采用模式識別器來(lái)學(xué)習*優(yōu)控制方法,試圖用模式識別技術(shù)來(lái)解決復雜系統的控制問(wèn)題,1965年,美國加利福尼亞大學(xué)伯克利分校的扎德(L.A.Zadeh)教授提出了模糊集合理論,為模糊控制奠定數學(xué)基礎。
20世紀70年代初,普渡大學(xué)傅京孫(K.S.Fu)等人從控制論的角度總結了人工智能技術(shù)與自適應、自組織、自學(xué)習控制的關(guān)系,提出了智能控制的概念,并正式提出智能控制是人工智能技術(shù)與控制理論的交叉。
20世紀70年代中期,智能控制在模糊控制的應用上取得了重要的進(jìn)展。1974年英國倫敦大學(xué)瑪麗皇后分校的E.H.Mamdani教授把模糊理論用于控制領(lǐng)域,把扎德教授提出的IF-Then型模糊控制規則用于模糊推理,通過(guò)實(shí)驗取得了良好的結果。
20世紀80年代后,專(zhuān)家系統技術(shù)的逐漸成熟和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )研究的重大突破,使得智能控制的研究和應用領(lǐng)域逐步擴大。
20世紀90年代以后,智能控制的研究勢頭異常迅猛,智能控制進(jìn)入了應用階段,其應用研究領(lǐng)域由工業(yè)過(guò)程控制擴展到軍事、航天航空等高科技領(lǐng)域。模糊技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)相當成熟,模糊控制在工業(yè)控制中的比重日益增加并取得了良好的控制效果。
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