西門子PLC400控制系統(tǒng)在輥底式淬火爐中的應(yīng)用

曹宇軒, 史宇南

(東北輕合金有限責(zé)任公司， 哈爾濱 150060)

輥底式淬火爐作為金屬制造、冶煉、加工過程中重要的使用設(shè)備，結(jié)合現(xiàn)代化的科學(xué)電氣管理系統(tǒng)以及合理的控制技術(shù)，將有助于提升金屬加工過程中的相關(guān)產(chǎn)品質(zhì)量。面對(duì)我國市場發(fā)展過程中對(duì)金屬建材資源使用數(shù)量的不斷上升，有效的完善其制造的產(chǎn)品質(zhì)量將是重中之重。在進(jìn)行金屬鍛造的整體加工過程中，影響金屬硬度以及質(zhì)量的關(guān)鍵步驟是淬火技術(shù)的使用，以及在淬火過程中是否達(dá)到了相關(guān)的要求。只有完善淬火的步驟，對(duì)淬火過程進(jìn)行有效的控制才能保證鋁件的制造要求。為了達(dá)成這一目的，輥底式淬火爐中引入了西門子公司的PLC400系統(tǒng)來進(jìn)行精確控制。

1 淬火工藝簡介

淬火對(duì)金屬部件的加工是具有絕對(duì)性影響的，由于金屬在加工過程中內(nèi)部的金屬原子空間存在一定的縫隙，通過淬火過程，將相關(guān)的金屬放入高溫爐中進(jìn)行高溫鍛造，在鍛造過程中，相關(guān)的技術(shù)人員需要不停的對(duì)其進(jìn)行敲打，在此過程中需要確保金屬時(shí)刻處于高溫狀態(tài)，進(jìn)而保證其在鍛造之后具有合格的質(zhì)量。

淬火是將工件加熱保溫后，在水、油或其他無機(jī)鹽、有機(jī)水溶液等淬冷介質(zhì)中快速冷卻。淬火后鋁件變硬，同時(shí)變脆。為了降低鋁件的脆性，將淬火后的鋁件處于高于室溫而低于650℃的某一適當(dāng)溫度下進(jìn)行長時(shí)間保溫，再進(jìn)行冷卻，這種工藝稱為回火。淬火、正火、退火、回火是整個(gè)熱處理中的“四把火”，其中的淬火與回火關(guān)系密切，常常配合使用，缺一不可。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在進(jìn)行輥底式淬火爐的使用過程中，為了完善其內(nèi)部對(duì)淬火的控制指標(biāo)，將西門子PLC400控制系統(tǒng)引進(jìn)該淬火爐的應(yīng)用過程中，完善對(duì)淬火的控制和監(jiān)管。通過該系統(tǒng)與淬火爐的聯(lián)合運(yùn)用，將大大提高產(chǎn)品的成品質(zhì)量。

2.1 硬件構(gòu)成

(1)PLC400控制系統(tǒng)中央處理單元采用CPU 414F-3 PN/DP。

(2)現(xiàn)場采集信號(hào)站點(diǎn)選用ET200S子站。

(3)人機(jī)界面選用DELL公司出產(chǎn)的裝有正版win7系統(tǒng)的臺(tái)式機(jī)電腦服務(wù)器。

(4)加熱器功率控制選用歐璐7300s可控硅控制器。

(5)水泵、循環(huán)風(fēng)機(jī)變頻器均選用西門子的MICROMASTER_430控制。

(6)上料、下料輥道傳輸電機(jī)變頻器均選用西門子的G120控制。

2.2 軟件系統(tǒng)

(1)PLC程序

故障處理程序包含在各個(gè)程序中，報(bào)警內(nèi)容包括步進(jìn)超時(shí)，材料在爐體內(nèi)掉料，材料遮擋門前光柵尺，開門超時(shí)造成主傳動(dòng)逆轉(zhuǎn)等等。

其他程序包括溫度、速度采集程序，溫度控制程序和速度控制程序。溫度控制算法為西門子公司提供的軟件PID模塊控制。

(2)程序算法：

當(dāng)(設(shè)定值-溫度公差<實(shí)際溫度)的時(shí)候，電阻絲停止加熱；

當(dāng)(設(shè)定值+溫度公差>實(shí)際溫度)的時(shí)候，電阻絲開始加熱。

設(shè)定的溫度公差是2度。由于爐子是大慣性系統(tǒng)，實(shí)際溫度控制精度達(dá)到了<±3℃。

(3)程序組織結(jié)構(gòu)

組織塊OB1是PLC掃描的主程序，整個(gè)爐區(qū)動(dòng)作的執(zhí)行過程有此控制，OB1由用戶編程，在OB1中，用戶調(diào)用自己所編寫的控制程序，并且安排自己的程序順序執(zhí)行。

OB32中斷組織塊用于加熱器的輸出脈沖控制，OB33中斷組織塊用于實(shí)現(xiàn)水泵流量安全性控制，OB34用于爐內(nèi)溫度的PID控制，OB35用于循環(huán)風(fēng)機(jī)的溫度PID控制。FB501功能塊用于輥底爐的自動(dòng)上料順序程序控制，F(xiàn)B505功能塊用于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)出爐的順序程序控制，F(xiàn)C511用于自動(dòng)計(jì)算爐內(nèi)實(shí)際板料的長度控制，F(xiàn)B511用于實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)溫度TUS測試功能,FC5功能用于故障報(bào)警信息的控制，F(xiàn)C3用于給定溫度的計(jì)算控制。

(4)上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)程序

WinCC運(yùn)行在工控機(jī)上，操作系統(tǒng)為正版win7專業(yè)版，可實(shí)時(shí)監(jiān)控爐內(nèi)各區(qū)的溫度數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)存儲(chǔ)生產(chǎn)工藝參數(shù)，模擬鋁件在淬火爐中的運(yùn)行情況，實(shí)現(xiàn)溫度、速度參數(shù)的在線設(shè)定與修改，動(dòng)態(tài)顯示輥底式淬火爐的溫度和速度曲線，并實(shí)現(xiàn)歷史趨勢圖的存儲(chǔ)和顯示，能夠?qū)崿F(xiàn)報(bào)警提示信息以及報(bào)表打印等功能。

3 系統(tǒng)通訊

PROFIBUS通訊系統(tǒng)有助于完善輥底式淬火爐在進(jìn)行淬火過程中的整體應(yīng)用功能，減少不必要的問題出現(xiàn)。作為一種先進(jìn)的通訊管理系統(tǒng)，在進(jìn)行淬火過程的控制中，將人為制定的信息有效的傳達(dá)到各個(gè)PROFIBUS站點(diǎn)之中，將有助于該P(yáng)LC400系統(tǒng)對(duì)淬火爐的整體控制。

本系統(tǒng)選用PLC400的中央處理單元和變頻器控制單元都具有PROFIBUS接口，在電氣柜內(nèi)安裝RS485數(shù)據(jù)通訊設(shè)備，通過RS485中繼器的擴(kuò)展，構(gòu)成PROFIBUS-DP總線型網(wǎng)絡(luò)。PLC作為主節(jié)點(diǎn)，變頻器和ET200S作為子節(jié)點(diǎn)，主節(jié)點(diǎn)通過PROFIBUS電纜與子節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

PROFIBUS以ISO/OSI模型為基礎(chǔ)，取其物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。FMS還采用了應(yīng)用層。DP和FMS使用同樣的傳輸技術(shù)：一種是RS485，采用屏蔽雙絞線，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為總線型，通信速率為9.6kbps，距離為1 200m，通信速率為12Mbps，距離為100m每段最多節(jié)點(diǎn)數(shù)為32，不支持總線供電和本安；另一種是通過光纖，用于電磁兼容性(EMC)要求高和距離要求遠(yuǎn)的場合。

4 結(jié)論

本系統(tǒng)的合理運(yùn)用將有助于完善輥底式淬火爐在進(jìn)行相關(guān)金屬部件加工過程中的質(zhì)量保證，在未來科學(xué)技術(shù)不斷完善的過程中，只有不斷的

改進(jìn)運(yùn)行中出現(xiàn)的問題，優(yōu)化二者的結(jié)合效率，才能夠確保西門子PLC400控制系統(tǒng)在輥底式淬火爐中的應(yīng)用地位。

[1]林喜祥．輥底式淬火爐自動(dòng)燃燒控制系統(tǒng)簡介[J].中國標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)報(bào)，2011年，12期.

[2]陳建明．電氣控制與PLC應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010.

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