基于組態(tài)王的中頻淬火處理實(shí)驗(yàn)控制系統(tǒng)

馬志艷， 楊光友， 潘 武， 李 浩

(湖北工業(yè)大學(xué)農(nóng)機(jī)院，湖北， 武漢 430068)

中頻淬火是目前機(jī)械零件淬火采用較多的方法，但大部分為人工操作整個(gè)淬火過程．對(duì)于需連續(xù)反復(fù)加熱淬火的工件則難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化精準(zhǔn)、均勻淬火．如軸類零件采用連續(xù)加熱時(shí),是通過人工控制工件與感應(yīng)圈的相對(duì)位移速度來控制淬火溫度,通過人工控制冷卻介質(zhì)的壓力和噴射時(shí)間來控制冷卻速度,這難以保證軸類零件表面淬火溫度和冷卻速度始終不變,造成淬火后出現(xiàn)軟帶和軟點(diǎn)、變形甚至產(chǎn)生裂紋[1]．如果對(duì)中頻淬火工藝參數(shù)采用微機(jī)實(shí)時(shí)控制,可迅速監(jiān)測(cè)和修改生產(chǎn)過程中的各工藝參數(shù),使處理零件的金相組織和性能處于最佳狀態(tài)．基于組態(tài)王的中頻淬火系統(tǒng)正是在這種需求下設(shè)計(jì)的，使淬火過程實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，通過可自動(dòng)調(diào)節(jié)的淬火過程，提高了工藝水平，同時(shí)，使傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)操作改變?yōu)檫h(yuǎn)程監(jiān)控和操作甚至網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控變?yōu)榭赡埽P者應(yīng)用PC機(jī)及ADAM4052、4060等硬件,設(shè)計(jì)了一種可靠性高的中頻淬火控制系統(tǒng)．它可兼有數(shù)字儀表的作用,又符合計(jì)算機(jī)控制分散的原則．控制參數(shù)都集中在一塊面板上顯示,操作方便．更為重要的是，它可以根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制實(shí)時(shí)曲線，通過分析實(shí)時(shí)曲線找出最佳的工藝曲線，為后面的加工工藝提供一種可量化的控制方式，提高了加工質(zhì)量．

1 熱處理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的硬件部分

整個(gè)控制系統(tǒng)主要由PC機(jī)、串口通信、加熱部分、冷卻部分組成．整體機(jī)構(gòu)框圖如圖1所示．

圖 1 熱處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

1.1 串口通信部分

串口通信部分主要采用研華模塊ADAM4052．ADAM4052可以將485總線傳輸轉(zhuǎn)換為232總線傳輸，可以直接與計(jì)算機(jī)相連，從而解決了傳輸距離與信號(hào)穩(wěn)定的問題，連接簡單方便．

1.2 加熱與冷卻控制模塊

加熱控制模塊主要是軟件通過研華ADAM4060模塊來控制淬火的加熱時(shí)間和冷卻時(shí)間，從而使工件按照預(yù)設(shè)的加熱軌跡來完成加熱，使工件的達(dá)到淬火標(biāo)準(zhǔn)．

1.3 溫度檢測(cè)及控制模塊

該模塊主要由采集和實(shí)時(shí)曲線繪制兩部分組成．采用熱電偶采集系統(tǒng)淬火溫度，將采集信號(hào)傳送至智能采集模塊，智能采集模塊將信號(hào)處理后通過485總線向上傳遞，然后直接通過232總線傳送給控制中心PC機(jī)．通過試驗(yàn)，可測(cè)得溫度曲線，同時(shí)分析淬火后工件的特性，找出溫度和淬火過程的關(guān)系，建立溫度和時(shí)間的最佳曲線關(guān)系，然后通過組態(tài)王該溫度曲線，自動(dòng)完成批量淬火(圖2)．

圖 2 溫度-時(shí)間曲線

1.3.1溫度采集溫度的采集過程由ADAM4018完成．ADAM-4018是一款16位8通道模擬輸入模塊，所有通道都提供可編程輸入．它的光隔離輸入在模擬輸入和模塊之間提供3000 VDC的隔離，保護(hù)模塊和外圍設(shè)備避免來自輸入線路高電壓的損壞．ADAM-4018使用16位受微處理器控制sigma-delta A/D的轉(zhuǎn)換，將熱電偶傳感器的電壓轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，也可數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成工程單位，然后通過485總線傳給計(jì)算機(jī)．

1.3.2實(shí)時(shí)曲線的繪制及控制組態(tài)王通過實(shí)時(shí)曲線控件將4018采集過來的溫度數(shù)據(jù)，自動(dòng)繪制成溫度/時(shí)間的關(guān)系圖(圖3)，通過這個(gè)圖形外可以很直觀的看到整個(gè)加熱的動(dòng)態(tài)過程，并且該過程將被記錄下來，通過試驗(yàn)后的分析，找出最佳的淬火工藝曲線．通過最佳的工藝曲線，可以動(dòng)態(tài)控制加熱模塊和冷卻模塊的工作和停止，從而使整個(gè)淬火過程按照曲線的軌跡進(jìn)行．

圖 3 實(shí)時(shí)曲線控制

2 熱處理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的軟件部分

應(yīng)用軟件為KingView組態(tài)軟件，它基于Windows環(huán)境，有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能、豐富的圖形界面，其多任務(wù)性可較好地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能切換．通過上述軟件，多項(xiàng)管理、技術(shù)、統(tǒng)計(jì)等功能得以實(shí)現(xiàn)：各檢測(cè)點(diǎn)和控制點(diǎn)相應(yīng)參數(shù)(溫度、閥位、加熱時(shí)間、報(bào)警等)的實(shí)時(shí)顯示；生產(chǎn)報(bào)表、歷史趨勢(shì)曲線、參數(shù)設(shè)定、定時(shí)采集、自動(dòng)記錄、自動(dòng)生成日?qǐng)?bào)表；在線閱讀報(bào)表、調(diào)度聯(lián)網(wǎng)；手動(dòng)/自動(dòng)切換方式，實(shí)現(xiàn)無人操作模式等．

本程序主要功能是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加熱、自動(dòng)冷卻、自動(dòng)循環(huán)．同時(shí)還可以人為強(qiáng)行干預(yù)加熱過程，而不會(huì)造成時(shí)序錯(cuò)誤，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)的系統(tǒng)容易時(shí)序混亂的缺點(diǎn)．另外，加熱過程參數(shù)的設(shè)置可以實(shí)時(shí)改變?cè)O(shè)置，而不需要改動(dòng)任何的硬件部分，使系統(tǒng)適用性更廣，成本降低．操作界面生動(dòng)形象，一改工業(yè)機(jī)械操作呆板的缺陷，同時(shí)還有誤操作保護(hù)，提高了系統(tǒng)的安全性．

2.1 主界面

主界面(圖4)分工作區(qū)和狀態(tài)動(dòng)畫顯示區(qū)兩部分．工作區(qū)分為三塊：時(shí)間設(shè)置塊、狀態(tài)顯示塊和操作塊．在時(shí)間設(shè)置塊中主要是設(shè)置加熱、保溫、冷卻時(shí)間和加熱循環(huán)的次數(shù)；狀態(tài)顯示模塊主要是以數(shù)字的形式顯示系統(tǒng)當(dāng)前的工作狀態(tài)，以便人工判斷；操作模塊上主要是系統(tǒng)的操作按鈕，系統(tǒng)所有的動(dòng)作可以在操作塊上完成．動(dòng)畫顯示區(qū)主要是以動(dòng)畫的形式將整個(gè)加熱過程模擬出來，使真?zhèn)€加熱過程一目了然、形象生動(dòng)．

圖 4 主界面

2.2 主程序框圖

主程序主要是控制淬火的整個(gè)過程，主要包括加熱、保溫、冷卻．程序框圖如圖5所示.

圖 5 主程序框圖

部分代碼如下：

/***************************

加熱時(shí)間階段

***************************/

if(\本站點(diǎn)加熱按鈕==1)

{

if(nCount >= 10)

{

\本站點(diǎn)加熱時(shí)間設(shè)置 =\本站點(diǎn)加熱時(shí)間設(shè)置 - 1;

nCount = 0;

}

else

{

nCount = nCount + 1;

}

if(\本站點(diǎn)加熱時(shí)間設(shè)置==0)

{

\本站點(diǎn)加熱按鈕=0;

\本站點(diǎn)uttoncover=0;

}

}

/**************************

保溫時(shí)間階段

**************************/

if(\本站點(diǎn)加熱時(shí)間設(shè)置==0&&\本站點(diǎn)uttoncover==0)

{

……

}

/*************************

冷卻時(shí)間階段完成后停止

*************************/

if(\本站點(diǎn)保溫時(shí)間設(shè)置==0&&\本站點(diǎn)uttoncover==1)

{

……

}

/***循環(huán)是否完成***/

if(\本站點(diǎn)冷卻時(shí)間設(shè)置==0&&\本站點(diǎn)uttoncover==1)

{

\本站點(diǎn)冷卻按鈕=0;

C1.EndFun();//停止計(jì)數(shù)

C1.Clear();//計(jì)數(shù)器復(fù)位

\本站點(diǎn)循環(huán)次數(shù)=\本站點(diǎn)循環(huán)次數(shù) + 1;

}

}

3 結(jié)束語

本系統(tǒng)應(yīng)用組態(tài)王通用監(jiān)控系統(tǒng)軟件，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)調(diào)節(jié)，既實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制，又保證了解熱、保溫、冷卻精確的時(shí)間要求，更為重要的是，可以根據(jù)它能動(dòng)態(tài)調(diào)整的特性找出最佳工藝曲線，使淬火在自動(dòng)化程度提高的同時(shí)，也使得其精度得到提高，同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作和監(jiān)控，改善了工人工作環(huán)境．

[參考文獻(xiàn)]

[1] 郭祖培，劉 晨．中頻淬火過程的微機(jī)控制系統(tǒng)[J]．熱加工工藝，2000(03)：47-49.

[2] 黃天佑．材料加工工藝[M]．北京：清華大學(xué)出版社，2004.