基于模糊規則的數控機床安全防護門智能化研究

李智敏 宮立達 許俊杰

摘要：針對數控機床安全防護門的非智能化導致操作存在安全隱患及對生產過程全智能化的影響，本文采用模糊規則的智能控制手段對其進行仿人智能性判斷，采用PLC對控制驅動的氣壓系統進行操控，使得數控機床的安全防護門最終達到具有智能化的目的。

關鍵詞：數控機床;防護門;模糊規則

中圖分類號：TG68? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? 文章編號：1007-9416（2019）02-0000-00

1 研究意義

數控機床是先進制造技術的基礎裝備，數控機床的安全防護門在加工生產過程中起保護作用，目前，大多數的安全門采用手動操作控制開關，或是采用額外裝置實現自動化控制，而智能化的安全防護門目前研究較少。全自動化生產線的日益增多，但安全門的非智能化使得數控機床的全自動智能化無法實現。本文通過采用模糊控制使安全門具有智能判斷開關門能力;選擇PLC控制驅動;用MATLAB進行仿真驗證。

2 智能控制方法分析選擇

智能控制應用非常廣泛，遺傳算法對大數據樣本有較好的優化能力;神經網絡具有自學習特點，但算法復雜;模糊控制不依賴被控對象數學模型。對比后本文采用模糊控制實現智能化。

3 模糊控制及仿真

根據數控機床生產工藝關于安全防護門的操作總結模糊規則。首先選取參數，判斷安全門如何智能開關。對機床加工過程中模具位置的偏差編寫模糊規則[2]。

3.1模糊控制器的輸入輸出變量

模糊控制器的輸人為偏差，偏差的變化率，、分別為偏差和偏差的變化率為經過模糊化后的對應的模糊變量。模糊控制器的輸出模糊變量為。

3.2輸入輸出變量的模糊化

位置偏差和偏差變化量及輸出量分別有7、5、7個模糊子集，模糊子集的隸屬度函數選用三角形，對、、進行賦值。模糊語言為：負大、負中、負小、零、正小、正中、正大。

3.3建立模糊控制器的控制規則

根據機床加工過程中模具位置有較大偏差時，機床加工出現問題，安全門需打開;當位置偏差較小或為零時，安全門不需打開的工藝編寫模糊規則，由規則可求出模糊關系矩陣，可根據模糊推理求出系統輸出[3]。模糊控制規則直接輸入到fuzzy模塊里。

3.4模糊控制仿真驗證

在MATLAB搭建模塊，如圖1、2所示。仿真結果表明對安全門根據位置偏差設計模糊控制器設計的可行性。

4 PLC控制

本文采用PLC接收模糊控制器的輸出量（即控制量）來控制的氣壓傳動為主、液壓傳動為輔的儀器設備。由于安全門具有打開、關閉兩種情況，所以功能圖采用選擇方式，采用三菱FX2N48MR芯片，FXGP編程軟件，對安全門開關控制編寫順序功能圖，然后通過軟件直接轉換成梯形圖。數控機床安全防護門的開門關門通過PLC控制的氣壓傳動進行調節，PLC調節量的大小由模糊控制傳過來的控制量決定開關門防護。

5 結語

本文通過采用具有智能的模糊控制及PLC的氣壓驅動方式，理論上解決了數控機床的安全防護門的非智能化導致操作存在安全隱患以及對生產過程全智能化的影響，當安全防護門具有智能化仿人開關功能理論轉化為成果后，數控機床的全自動化生產線的一部分將完善，從而節約成本，帶來巨大的經濟效益。

參考文獻

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Intelligent Research of Safety Protection Doors for CNC Machine Tools Based on Fuzzy Rules

LI Zhi-min， GONG Li-da， XU Jun-jie

（Minnan University of Science and Technology，Fujian Province，Shishi Fujian? 362700）

Abstract：Aiming at the safety of the safety protection door of CNC machine tools， the safety hazard of the operation and the impact on the whole process of the production process are realized. In this paper， the intelligent control method of fuzzy rules is used to judge the human intelligence， and the pressure of the control drive is adopted by PLC. The system is controlled so that the safety door of the CNC machine tool finally reaches an intelligent goal.

Key word： CNC machine tool; safety protection door;fuzzy rule