S7—200SMART PLC在氫氣脫蠟燒結(jié)一體爐中的應(yīng)用

【摘要】概述了S7-200SMARTPLC、SMARTLINE在氫氣脫蠟燒結(jié)一體爐控制系統(tǒng)中應(yīng)用。根據(jù)真空燒結(jié)爐的工藝流程及控制要求，結(jié)合現(xiàn)場控制工藝需求，分析了設(shè)備工藝流程、控制系統(tǒng)的配置選型、軟件設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的功能，設(shè)計(jì)了一套基于S7-200SMART的控制系統(tǒng)。經(jīng)測(cè)試，該方案能完全滿足氫氣脫蠟燒結(jié)一體路的各項(xiàng)技術(shù)要求，運(yùn)行穩(wěn)定，性能良好。

【關(guān)鍵詞】S7-200SMARTPLC；SMARTLINE；

真空燒結(jié)爐；設(shè)備設(shè)計(jì)

1、項(xiàng)目簡介

氫氣脫蠟燒結(jié)一體爐是我公司的主導(dǎo)產(chǎn)品，該設(shè)備集脫蠟燒結(jié)和快速冷卻于一體，操作方便，機(jī)電一體化程度高。其控制精度要求高，安全聯(lián)鎖完善，有操作提示、故障診斷功能、異常報(bào)警，燒結(jié)過程自動(dòng)控制，一次完成脫蠟、燒結(jié)和快速冷卻功能，因此需要功能靈活多樣，性價(jià)比高的控制系統(tǒng)，這里選用了西門子S7-200SMARTPLC及SMARTLINE觸摸屏，達(dá)到了預(yù)期的控制目標(biāo)，取得了優(yōu)異的控制效果。

2、設(shè)備工藝要求

2.1 設(shè)備構(gòu)成

氫氣脫蠟燒結(jié)一體爐根據(jù)工藝要求主要由真空系統(tǒng)、捕蠟系統(tǒng)、氫氣燃燒點(diǎn)火控制系統(tǒng)、配氣系統(tǒng)、加熱溫度控制系統(tǒng)和快冷系統(tǒng)構(gòu)成。其示意圖見圖1。

2.2 工藝流程

設(shè)備運(yùn)行之前確認(rèn)壓空和工藝氣體氣源、冷卻水流量、電源等達(dá)到工藝要求；裝入產(chǎn)品，設(shè)定好本爐次燒結(jié)工藝，選擇操作模式到自動(dòng)模式，按下開始按鈕，設(shè)備自動(dòng)進(jìn)入泄漏測(cè)試，測(cè)試合格后進(jìn)入氫氣脫蠟（脫脂）階段，脫脂過程包含氬氣吹掃、氬氣置換等過程，確保設(shè)備安全運(yùn)行；脫蠟完成后進(jìn)入預(yù)燒結(jié)過程，預(yù)燒結(jié)溫度達(dá)工藝要求最高溫度后進(jìn)入高溫保溫，保溫時(shí)間達(dá)設(shè)定后，整個(gè)工藝流程結(jié)束，進(jìn)入泵抽冷卻階段，爐內(nèi)溫度達(dá)充氣冷卻溫度后向爐內(nèi)充入惰性氣體，同時(shí)開啟風(fēng)機(jī)進(jìn)行快速降溫，溫度降到開爐門溫度后完成整個(gè)生產(chǎn)流程，開爐門出產(chǎn)品。具體工藝流程如圖2所示。

3、硬件組態(tài)設(shè)計(jì)

為了保證控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，選用西門子S7-200 SMART PLC，其較高的運(yùn)算速度及通訊功能為后續(xù)的設(shè)備改造和升級(jí)提供了良好的保 證。觸摸屏選用SMART LINE 700 IE屏，該屏與S7-200 SMART PLC無縫集成，高分辨率及64K色顯示，高效以太網(wǎng)通訊，設(shè)備操作更人性化，更加高效便捷。產(chǎn)品選型如表1所示。

4、軟件設(shè)計(jì)

4.1 PLC編程設(shè)計(jì)

氫氣脫蠟燒結(jié)一體爐PLC程序分為初始化、手動(dòng)程序、自動(dòng)程序、真空壓力控制程序、溫度控制程序、氣體流量控制程序、氫氣點(diǎn)火控制程序、模擬量轉(zhuǎn)換程序以及報(bào)警程序等。

手動(dòng)程序主要包含手動(dòng)抽真空、手動(dòng)開關(guān)料盒門、手動(dòng)捕蠟洗滌、手動(dòng)置換氫氣以及手動(dòng)排氫程序，實(shí)現(xiàn)設(shè)備在非生產(chǎn)狀態(tài)下各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)的測(cè)試和調(diào)整，為自動(dòng)程序的正常運(yùn)行提供保障。

模擬量轉(zhuǎn)換程序主要用于含爐內(nèi)真空、壓力、溫度和氣體流量的檢測(cè)，為真空壓力溫度控制程序提供數(shù)據(jù)支持。

自動(dòng)程序根據(jù)不同的功能和系統(tǒng)分為真空系統(tǒng)子程序、脫蠟系統(tǒng)子程序、加熱系統(tǒng)子程序、冷卻水檢測(cè)系統(tǒng)、快冷系統(tǒng)子程序等，不同的子程序?qū)?yīng)相應(yīng)的檢測(cè)部件和執(zhí)行部件（泵、閥門、加熱器、冷卻風(fēng)機(jī)等）。操作人員僅需要設(shè)置并下載產(chǎn)品燒結(jié)工藝，按下程序開始鍵，則整個(gè)生產(chǎn)在PLC的控制下自動(dòng)執(zhí)行泄漏檢測(cè)、脫蠟、燒結(jié)和快冷等操作，大大降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度。在設(shè)備運(yùn)行過程中如有異常則會(huì)報(bào)警提醒，根據(jù)提示內(nèi)容進(jìn)行相應(yīng)處理即可，簡單便捷。

4.2 HMI畫面設(shè)計(jì)

氫氣脫蠟燒結(jié)一體爐主控畫面可顯示當(dāng)前工作模式，各個(gè)真空泵，真空閥門狀態(tài)，能夠?qū)崟r(shí)顯示當(dāng)前爐內(nèi)溫度和真空度數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)顯示當(dāng)前執(zhí)行 工藝曲線號(hào)，當(dāng)前執(zhí)行工藝段號(hào)，當(dāng)前運(yùn)行時(shí)間以及剩余時(shí)間等，所有設(shè)備相關(guān)數(shù)據(jù)一目了然，主控界面如圖3所示。

系統(tǒng)參數(shù)界面主要由設(shè)備參數(shù)和工藝參數(shù)構(gòu)成。設(shè)備參數(shù)包含了設(shè)備的極限溫度和壓力上限等，保障設(shè)備的安全運(yùn)行。工藝參數(shù)包含脫蠟相關(guān)參數(shù)和氣體流量參數(shù)，保障工藝程序的正常運(yùn)行。

5、應(yīng)用體會(huì)

S7-200 SMART控制器的組態(tài)、編程較S7-200有了很大的提高，更加符合個(gè)人的操作習(xí)慣；其基本指令執(zhí)行時(shí)間達(dá)0.15μs，CPU本體集成了以太網(wǎng)口，支持編程調(diào)試、觸摸屏通訊等功能，普通的網(wǎng)即可下載和調(diào)試程序，最大限度的降低編程電纜的成本。以太網(wǎng)通訊速度較PPI通訊更快更穩(wěn)定，解決了大數(shù)據(jù)下載工藝程序時(shí)間長的問題從而提高了工作效率。

SMART LINE 觸摸屏相比第一代有很大的提高，顏色更加豐富，增加了以太網(wǎng)接口，無論是下載程序還是與 PLC 通訊都比較方便。STEP 7-Micro/WIN SMART 軟件相比其它軟件非常的小巧， 兼容性非常好，相比傳統(tǒng)的向?qū)Р僮鞲屿`活。

參考文獻(xiàn)：

[1]西門子（中國）有限公司.S7-200SMART產(chǎn)品樣本及系統(tǒng)手冊(cè)[Z].西門子（中國）有限公司，2012.

[2]西門子（中國）有限公司.SMART LINE觸摸屏樣本及編程手冊(cè)[Z].西門子（中國）有限公司，2012.