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单片机工业控制网络化与智能化方法研究

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资料介绍

工业智能化发展驱动下,工业控制的网络化与智能化成为必然发展趋势,而单片机作为工业控制的核心支撑,可提升工业控制效率、完成各类复杂控制算法,是实现工业生产智能化控制的关键所在,针对此,本文将以工业控制网络化及智能化设计要求为切入点,探讨利用神经网络芯片和模糊单片机组成的控制系统与过程管理方法,进而明确单片机工业控制网络化与智能化方法.

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内燃机与配件

单片机工业控制网络化与智能化方法研究

徐赟

（钟山职业技术学院，南京 210049）

摘要：工业智能化发展驱动下，工业控制的网络化与智能化成为必然发展趋势，而单片机作为工业控制的核心支撑，可提升工业

控制效率、完成各类复杂控制算法，是实现工业生产智能化控制的关键所在，针对此，本文将以工业控制网络化及智能化设计要求为

切入点，探讨利用神经网络芯片和模糊单片机组成的控制系统与过程管理方法，进而明确单片机工业控制网络化与智能化方法。

关键词：单片机；工业控制网络；模糊控制；智能化

0 引言

主要集中在前台控制系统及过程智能控制，具体方法如下

工业自动化控制是单片机主要应用领域之一，测控分析：

系统、过程控制、机电一体化设备等均需要依赖单片机进

行逻辑控制，而工业规模的不断扩展、控制对象的复杂化

2.1 前台控制系统的智能控制

前台控制系统是与工业生产相连接的各个前台控制

均对工业控制提出了新的要求，如何构建一种具备较高站，其直接面向控制对象，对生产加工过程进行控制，传统

处理速度、较强处理能力及灵活性的智能控制网络成为控制方法多采用基于数学模型或其他数据处理技术的算

单片机工业控制的主要难题，现代计算机技术、网络信息法或方法，其很难对高阶、复杂及非线性系统进行数学建

技术的发展，为单片机工业控制网络化与智能化发展提模，制约控制性能，而智能控制可利用语义符号性的表达、

供了有效支撑。基于此，本文将以工业控制的设计要求为逻辑推理等达到模拟人思维和控制行为的目的，利用数字

研究基点，结合神经网络及模糊控制等相关技术，提出了单片机与模糊单片机及神经网络芯片构建的前台智能控

单片机工业控制网络化与智能化的方法，以为相关研究制站，以数字单片机为系统监测站，担当系统的 I/O 口，并

提供理论依据。

1 单片机工业控制网络化及智能化的设计要求

可利用神经玩够构建学习型模糊控制器，借助隶属神经模

块建立隶属函数，以神经网络搭建模糊控制规则，通过神

单片机采用超大规模集成电路技术将 CPU、RAM、经网络自学习可实现控制规则的自动辨识，以及隶属函数

ROM、多种 I/O 口和中断系统、定时器/计数器等功能集成的微调，由此构成的模糊控制器摆脱了对人知识与经验的

于硅片上的微型计算机系统，且具备较强的接口性能，其依赖，可从未知状态中辨识并构建控制规则，再经由模糊

以工业测控对象、环境、接口特点为出发点，以控制功能的单片机的模糊控制算法，计算控制量，进而实现对工业生

增强、工业环境下可靠性及实时性的提升为主要目标，逐产的智能化控制。

渐趋向智能化发展。

2.2 过程的智能化管理

1.1 可靠性

过程管理的智能化控制采用的是模糊控制方法，控制

连续运行性是单片工业控制网络中通信系统的基对象可用模糊模型描述，并利用模糊关系方程进行控制：

本要求，不论存在何种故障，均会引发设备故障、物资浪

费，甚至是安全隐患或事故，为此，工业控制网络化与智

Y=X₁OX₂OR

（1）

上式中，Y 为输出模糊量，X₁、X₂为输入模糊量，R 为

能化发展中，可靠性要求是第一位的，通常需采用双网模糊关系矩阵，Ο 为合成算子，其表示“max-min，或 max-

备份方法。

product”运算。

1.2 实时性

实际上，单片机工业控制网路化与智能化控制是一种

单片机工业控制网络是面向复杂控制对象，服务于实全局优化控制，工业生产过程中，其内含质量、速度、能耗

时工业生产过程的系统，实时性是基本要求，且随着 CPU 等多维指标，考虑目标函数：

性能的改进，复杂控制算法的运算速度得以提升，一般直

接控制级的响应为 μs-ms 级，网络通信响应为数十 ms，而

一般信息管理网的响应为数 S 级。

J:J=（f Q、S、E）

（2）

上式中 Q、S、E 分别为质量、速度发、能耗，对该工业

生产过程的智能化管理，本质上是使泛函 J 取极值，但过

程管理的控制模型是一个多输入多输出系统，上述模型无

1.3 环境适应性

工业控制网络化、智能化发展对其环境适应性提出了法用精确数学描述，需采用模糊模型，首先采集生产过程

更高的要求，要求在不同干扰、温度、适度、振动、气体存在的隶属数据，而后用模糊 ISODATA 聚类分析将其分类，最

的复杂环境下仍能够正常运行；而且，单片机工业控制网后用 C 分类计数及参考模糊集表示法完成模糊模型的导

络中传递的命令流、数据流、状态流等信息量较小，但网络出，进而实现工业生产过程的智能化管理。

节点较多，因此，网络控制以令牌传递方法替代了办公自

动化网络的 CSMA/CD 传递方法，并以 IEEE802.4 为标准。

2 单片机工业控制网络化与智能化方法分析

3 结束语

当前，工业智能化发展势在必行，已然成为推动经济

结构转型升级的重要力量，而单片机作为工业控制领域中

根据实际需求，单片机工业控制网络化与智能化方法的主要应用技术，其是支撑生产、提升控制效率、降低生产

万方数据

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Internal Combustion Engine & Parts

AZ91 镁合金磷化及电泳涂装工艺的研究

罗霁；邢永翔

（南通理工学院，南通 226000）

摘要：本文采用锌系磷化的方法改善 AZ91 镁合金的表面性能，对磷化工艺及其耐腐性能进行研究。首先通过正交试验选择较优

化的基础磷化配方与电泳涂装工艺，利用扫描电镜（SEM）、能谱分析仪观察和分析了磷化膜的表面形态和组成成分。各种检测结果表

明：在优化条件下，通过电化学模拟分析及图谱分析显示 AZ91 镁合金表面形成的磷化膜微观形貌均匀细致、厚度均匀、腐蚀失重小、

腐蚀电流密度低、腐蚀阻力大、表面电容小。通过试验可以证明这种磷化及涂装可有效地控制镁合金的腐蚀。

关键词：镁合金；磷化；磷化膜；电泳涂装

1 镁合金的性能与应用

化膜，并进行电泳涂装。研究的主要工作如下：①对镁合金

纯镁的优点很多，但是力学性能较低，其应用范围受进行表面预处理，包括除油、除锈、脱脂、碱洗等。②选择一

类成膜性能好，表面适合进行电泳涂装的磷化系统，对镁

合金进行磷化。③调整磷化的不同参数，对其他试样进行

磷化制备。④通过正交试验，对不同磷化条件下生成的磷

化膜进行检测分析，探讨不同的磷化工艺参数对磷化膜耐

蚀性、均匀性能的影响。⑤在磷化的基础上，对镁合金磷化

表面进行电泳涂装，研究电泳漆膜的相关性能。

3.1 磷化

磷化是指金属经含有 Zn、Mn、Cr、Fe 等磷酸盐的溶液

处理后，由于金属和溶液的界面上发生化学反应，生成主

要为不溶或难溶于水的磷酸盐，使金属表面形成一层附着

良好的保护膜^[4]。磷化膜的形成，成倍地提高了涂层的耐蚀

性能和耐水性能，是公认的涂层的良好基底。目前在薄板

金属件的涂漆，100%倾向于先采用磷化处理，铸件在涂漆

前也采用了磷化处理。在工业上，磷化处理除了用作涂层

的基底外，还可用于金属加工成型、润滑以及防锈封存等

工序中。

到很大的限制。但是在纯镁中添加了合金化元素后，可以

显著改善镁的物理、化学和力学性能。根据实际生产需要，

人们已经开发出许多类型的镁合金体系。

由于镁合金具有质量轻、比强度向、减震性好、电磁屏

蔽能力强、导电导热性好等优点，被称为 21 世纪的“绿色

[1]

工程材料”，作为地球上最轻的金属结构材料，镁合金具

有许多优良的特征，使之得到了广泛的应用，且应用前景

比较广阔^[2]。镁合金起初仅应用于航空航天等高科技领域，

随着科学技术的不断发展，已加强其在计算机、汽车、医

疗、通讯和国防等领域的应用开发研究。

2 镁合金的分类

镁合金的化学成分对镁合金的物理化学性质有很大

的影响，因此按照合金元素对镁合金进行分类，一定程度

上可以反映不同种类的镁合金性质。镁合金常见的合金元

素有 Al、Zn、Mn、Si、Zr、Ca、稀土等，在冶炼过程中还会引

入一些杂质元素，如 Fe、Co、Ni、Cu 等。Al 是镁合金中最重

要的合金元素，能改善镁合金的可铸造性，提高合金抗拉

伸强度，但是浓度过高会降低合金的抗蠕变性能。Zn 和

Mn 具有相似的作用，可以提高镁合金的抗蠕变性能和抗

应力腐蚀性能。Si、Zr、Ca、Re 等合金元素在镁合金中的添

加量极少，起到提高耐蚀性和细化晶粒的作用。冶炼过程

中引入的杂质元素在含量很低时即可对镁合金的耐蚀性

造成不利影响 ^[3]。AZ91 系镁合金在介质中的耐蚀性能较

差，严重限制了它的应用和发展。本文主要就提高 AZ91

镁合金的抗腐蚀性能进行研究，积极探索增强镁合金耐用

蚀性的途径和方法，对于推动镁合金的进一步应用和发

展，充分发挥其优势具有重要意义。

磷化液配比：H₃PO₄：7.57mL/L；ZnO：2.0g/L

磷化条件：时间 20min；温度 40℃；pH=2.5

磷化装置如图 1 所示，组成部分主要有磷化槽、恒湿

水浴加热器、温度计、搅拌器等。

3 研究工作内容

图 1 磷化装置

本研究以 AZ91 镁合金为研究对象，在其表面制备磷

3.1.1 实验药品

————————————

AZ91 镁合金，氧化锌，磷酸，氟化钠，钼酸铵，十二烷

基金项目：[南通理工学院科研 2015004] AZ91 镁合金耐腐蚀性

能研究与优化。

基磺酸盐，酒石酸，碳酸锰，氢氧化钠，硅酸钠，碳酸钠，

参考文献：

成本的关键所在，是工业智能化发展中最为核心的内容，

但也面临网络智能化低的问题，而利用基于神经网络或模

糊逻辑的智能化方法，可实现单片机工业控制网络的智能

化控制与过程管理。

[1]李保林，刘继光.基于单片机的工业控制网络模块的研制

[J].验技术与管理，2009，26（01）：59-62，65.

[2]冷海滨.基于单片机的工业控制网络模块研制[J].信息系统

工程，2014（02）：92.

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