熱處理車間的PLG控制

徐俊南　凌杰

[摘要]在熱處理車間的烘房設(shè)計(jì)中，溫度的控制問題是首要解決的問題之一。由于工件在熱處理的過程中對(duì)溫度的要求很好。溫度過高或是過低都有可能產(chǎn)出不合格的產(chǎn)品，而對(duì)于預(yù)熱和加熱的時(shí)間也都有十分嚴(yán)格的要求，但是我國目前大多數(shù)工廠的熱處理車間仍然是在依靠經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行操作，成品率很低，受人為因素影響很大。所以一套合理的烘房自動(dòng)控制系統(tǒng)將在工件的熱處理過程中起到十分重要的作用。

[關(guān)鍵詞]PLC 烘房 熱處理

1.熱處理車間烘房控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀

熱處理工藝一般包括加熱、保溫、冷卻三個(gè)過程，有時(shí)只有加熱和冷卻兩個(gè)過程。這些過程互相銜接，不可間斷。加熱溫度是熱處理工藝的重要工藝參數(shù)之一，選擇和控制加熱溫度，是保證熱處理質(zhì)量的主要問題。加熱溫度隨被處理的金屬材料和熱處理的目的不同而異，但一般都是加熱到相變溫度以上，以獲得高溫組織。另外轉(zhuǎn)變需要一定的時(shí)間，因此當(dāng)金屬工件表面達(dá)到要求的加熱溫度時(shí)，還須在此溫度保持一定時(shí)間，使內(nèi)外溫度一致，使顯微組織轉(zhuǎn)變完全。冷卻也是熱處理工藝過程中不可缺少的步驟，冷卻方法因工藝不同而不同，但主要是控制冷卻速度。從此可以看出加熱的溫度控制，以及加熱和冷卻的時(shí)間控制都將對(duì)加工工件的優(yōu)劣產(chǎn)生極其重要的作用。從當(dāng)前我國大多數(shù)工件熱處理車間的實(shí)際情況來看，影響工件熱處理質(zhì)量的主要因素是工藝參數(shù)的控制手段太落后，大多數(shù)還處于手動(dòng)控制階段，受人為因素影響明顯，隨意性大，控制誤差偏高，質(zhì)量不穩(wěn)定。有些車間，雖然有微機(jī)控溫的爐子，但也僅限于單臺(tái)控制。因此，用ple對(duì)熱處理車間的烘房進(jìn)行控制將會(huì)很大程度地提高所生產(chǎn)工件的質(zhì)量。

2.熱處理車間烘房PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容及任務(wù)

用PLC做控制器，完成烘房開、關(guān)門的自動(dòng)控制，完成工件在烘房低溫區(qū)、高溫區(qū)定時(shí)加熱的控制，完成烘房溫度自動(dòng)檢測與控制的全過程。從而提高生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)化程度。該系統(tǒng)應(yīng)具有手動(dòng)和自動(dòng)兩種工作方式，并應(yīng)備有必要的短路、過載、失壓保護(hù)等功能。

3.熱處理車間烘房控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

本次設(shè)計(jì)是用PLC做控制器，完成烘房開、關(guān)門的自動(dòng)控制，完成工件在烘房低溫區(qū)、高溫區(qū)定時(shí)加熱的控制，完成烘房溫度自動(dòng)檢測與控制的全過程。從而提高生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)化程度。

3.1在開啟烘房時(shí)，為縮短空烘房升溫時(shí)間，提高烘房升溫速度，讓烘房內(nèi)壁上的四組電阻加熱器全部投入加熱。當(dāng)烘房高溫區(qū)的溫度超過200%時(shí)，切除兩組50KW電阻加熱器；當(dāng)烘房溫度超過250%時(shí)，切除兩組IOOKW電阻加熱器，同時(shí)接通兩組50KW電阻加熱器；當(dāng)烘房溫度達(dá)到300%時(shí)，使兩組50KW電阻加熱器投入PID自動(dòng)運(yùn)行方式，控制電阻加熱器的輸出功率，以確保烘房高溫區(qū)保持在300%恒溫。

3.2當(dāng)烘房高溫區(qū)的溫度達(dá)到300%，首次對(duì)工件進(jìn)行熱處理之前要將烘房低溫區(qū)的電動(dòng)門打開，當(dāng)電動(dòng)門開到位時(shí)，傳送帶將工件送入到烘房的低溫區(qū)，當(dāng)工件撞到低溫區(qū)內(nèi)的行程開關(guān)時(shí)，傳送帶停止傳送，低溫區(qū)的電動(dòng)門自動(dòng)關(guān)閉，電動(dòng)門關(guān)到位后定時(shí)15分鐘，時(shí)間到后高溫區(qū)和低溫區(qū)的電動(dòng)門同時(shí)打開，傳送帶繼續(xù)將工件進(jìn)行推進(jìn)，撞到高溫區(qū)的行程開關(guān)后，高溫區(qū)的電動(dòng)門關(guān)閉，再經(jīng)過15分鐘的定時(shí)，電動(dòng)門打開，傳送帶將工件傳送到軸流風(fēng)機(jī)的出風(fēng)口上方，每次當(dāng)定時(shí)器開始定時(shí)時(shí)軸流風(fēng)機(jī)和低溫區(qū)的風(fēng)機(jī)都會(huì)自動(dòng)開始工作。由于ABCD四點(diǎn)之間的距離相等，所以工件可以連續(xù)不短的進(jìn)入烘房依次進(jìn)行每一道工序的操作，實(shí)現(xiàn)不間斷連續(xù)工作。

4.系統(tǒng)的組成

本設(shè)計(jì)采用西門子公司S7-200系列的CPU226做控制器，配合模擬量輸入擴(kuò)展模塊EM231（4路模擬量輸入）。電動(dòng)機(jī)5臺(tái)，兩組分別控制電動(dòng)門1和電動(dòng)門2的開關(guān)。其余3臺(tái)電動(dòng)機(jī)分別控制傳送帶、風(fēng)機(jī)和軸流風(fēng)機(jī)。行程開關(guān)6個(gè)，電動(dòng)門1、2上下各有一個(gè)，高溫區(qū)和低溫區(qū)各有一個(gè)。電阻加熱器4組分布在烘房高溫區(qū)房壁上，以便進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。熱電偶4個(gè)對(duì)高溫區(qū)的溫度進(jìn)行檢測。軸流風(fēng)機(jī)對(duì)進(jìn)行高溫區(qū)處理后的工件進(jìn)行吹冷，電笛1個(gè)，工件風(fēng)冷后由電笛通知工人。

4.1熱處理車間烘房控制系統(tǒng)的報(bào)警程序

在本設(shè)計(jì)中當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，報(bào)警指示燈閃爍，報(bào)警電笛鳴響。操作人員知道故障發(fā)生后，按消笛按鈕，把電笛關(guān)掉，報(bào)警指示燈從閃爍變?yōu)殚L亮。故障消除后，報(bào)警燈熄滅。另外還設(shè)置了試笛按鈕。

4.2 PID回路類型的選擇

在大部分模擬量的控制中，使用的回路控制類型并不是比例、積分和微分三者俱全。例如大部分時(shí)候只需要比例積分回路。通過對(duì)常量參數(shù)的設(shè)置，可以關(guān)閉不需要的控制類型。

關(guān)閉積分回路：把積分時(shí)間設(shè)置為0，微分作用即可關(guān)閉。

關(guān)閉比例回路：把比例增益設(shè)置為0，則只保留積分和微分項(xiàng)。這時(shí)系統(tǒng)會(huì)在計(jì)算積分項(xiàng)和微分項(xiàng)時(shí)自動(dòng)把增益當(dāng)做1.0看待。

結(jié)論

熱處理車間烘房的設(shè)計(jì)是熱處理工藝的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，烘房加熱系統(tǒng)的好壞直接決定了工件的質(zhì)量。本論文主要對(duì)熱處理車間工件進(jìn)入烘房的整個(gè)過程進(jìn)行了PLC控制設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了工件從自動(dòng)進(jìn)入烘房進(jìn)行加熱，到送出烘房到軸流風(fēng)機(jī)上進(jìn)行吹冷全套流程的自動(dòng)控制設(shè)計(jì)。