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        真空热处理设备PLC温控系统设计

        来源真空技术网www.ismp.tw沈阳真空技术研究所作者程建

        真空热处理设备应用越来越广泛一般都需要外购温控表控制温度本文设计了PLC 温控系统在设备自带PLC中利用PID模块设计控温系统无需外购温控表大大减少设备成本并降低故障发生同时把温控程序与真空设备原有程序放在一个软件系统里编程可减少通讯线路系统运行稳定反应迅速

        1真空热处理技术

        真空热处理是真空技术与热处理技术相结?#31995;?#26032;型热处理技术真空热处理所处的真空环境指的是低于一个大气压的气氛环境包括低真空中等真空高真空?#32479;?#39640;真空真空热处理实际也属于气氛控制热处理真空热处理是指热处理工艺的全部和部分在真空状态下进行?#27169;?#30495;空热处理可以实现几乎所有的常规热处理所能涉及的热处理工艺但热处理质量大大提高与常规热处理相比真空热处理的同时可实现无氧化无脱碳无渗碳可去掉工件表面的磷屑并有脱脂除气等作用从而达到表面光亮?#25442;?#30340;效果

        1.1真空冶金

        在低于标准大气压条件下进行的冶金作业可以实现大气中无法进行的冶金过程能防止金属氧化分离沸点不同的物质除去金属中的气体或杂质增强金属中碳的脱氧能力提高金属和合金的质最真空冶金一般用于金属的熔炼精炼浇铸和热处理等随着尖端科学技术的迅速发展真空冶金在稀有金属钢和特种合金的冶炼方面日益广泛地得到应用

        1.2温度控制

        温度控制已成为工业生产科研活动中很重要的一个环节能否成功地将温度控制在所需的?#27573;?#20869;关系到整个活动的成败由于控制对象的多样性和复?#26377;ԣ?#23548;致采用的温控手段的多样性在真空热处理设备的温度控制系统中首先将需要控制的被测参数温度由传感器转换成一定的信号后再与预先设定的值进行比较把比?#31995;õ降?#24046;值信号经过一定规律的计算后得到相应的控制值此时将控制量送给控制系统进行相应的控制而?#20063;?#20572;地进行上述工作从而达到自动调节的目的

        1.3PID 控制原理

        在过程控制中按偏差的比例(P)积分(I)和微分(D)进行控制的PID 控制器(亦称PID 调节器)是应用最为广泛的一种自动控制器它具有原理简单易于实现适用面广控制参数相互独立参数的选定比较简单等优点而且在理论上可以证明对于过程控制的典型对象———“一阶滞后+ 纯滞后”与“二阶滞后+ 纯滞后”的控制对象PID 控制器是一种最优控制PID 调节规律是连续系统动态?#20998;?#26657;正的一种有效方法它的参数整定方式简便结构改变灵活

        2硬件设计

        CPU 采用西门子S7-300 系列314C-2 型PLC 该PLC 具有以太网和D P 通讯模拟量输入输出功能等可满足常规热处理设备要求

        另外热电偶温度变送可测量实际温度值人机界面采用TP1900 精致面板与300 系列PLC 兼容?#36234;?#22909;连接比较方便整个温控系统结构如图1 所示

        真空热处理设备PLC温控系统设计

        图1 系统框图

        3PLC 程序设计

        PLC 程序在博图V 13 中使用SCL 语言编写包括加热PV 启动程序加热过程中SP 计算程序段插入/?#22659;?跳段程序PID 模块程序其中PID 程序使用周期为100m s 的循环中断O B1块中编写保证PID 函数计算周期的精确性PID模块采取FB58 温控PID 模块该模块具有控制和自整定功能使用方便

        3.1变量定义

        所有重要参数均存放在D B 数据块中防止丢失

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        3.2启动值跟随PV

        加热启动时使SP=PV即使在高温出现故障加热中断重新加热时能够直接从PV 启动节省时间如图2 所示

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        图2 PV 启动示意图

        3.3加热过程中SP 计算

        加热时随着时间T 增加SP 随时间不断增加

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        3.4?#22659;?#27573;插入段与跳段操作

        当执行?#22659;?#27573;操作时将Del 段?#22659;?#24182;将其之后的所有段前移当执行插入Ins 段操作时将Ins 段及其之后所有段后移并将插入段放在Ins 段当执行跳段操作时(加热时)直接跳到程序下一段段插入?#22659;?#22914;图3 所示

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        图3 段插入与?#22659;?/p>

        3.5PID 功能调试

        PID 初始参数设置根据实际经验设定增益P=5积分时间I=120s微分时间D=30sPID 回路设定界面截图如图5 所示

        PID 自整定启动程序800时暂停程序开启PID 自整定功能经一段时间的整定后得出整定后的PID 值分别为P =6.0I =23D =5.78如图5 所示从低温开始再次试验加热过程如图6 温度曲线控温精度较高低温时有少量过冲400时控温精度达到±1棬满足使用要求

        3.6加热过程中自动保护程序

        加热时有时候材料大量放气造成真空度迅速降低很多一般都采用手动保持待真空度?#25351;?#21518;再继续升温可将此操作写入自动程序真空度低于设定值时自动保持?#25351;?#21518;自动升温减少操作量

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        图4 PID 参数设定

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        图5 PID 自整定

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        图6 人机界面

        4人机界面设计

        如图6 所示为触摸屏控温画面由工艺编辑操作按钮数据显示棒图温度曲线等组成工艺曲线一共可设定20 段可直接在工艺编辑部分设定工艺参数也可以在配方中设定再将配方数据导出到变量中配方具有存储功能可满足一般设备要求在配方中可修改工艺名界面?#20808;?#24615;化可进行插入段?#22659;?#27573;操作在运行时可进行跳段操作显示运行时间运行段号等参数方便观察工艺过程

        可对各参数修改按钮及模块设置不同操作权限防止操作失误造成意外人机界面中显示所有运行参数能随时观察到设备运行状态加入配方功能方便工艺存储与读取

        5结论

        本文设计了PLC 温控系统包括硬件系统设计PLC 软件系统设计触摸屏人机界面设计系统构成较简单符合常规热处理设备操作习惯操作方便

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        http://www.ismp.tw/application/heat/037162.html

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