PLC在真空熱處理爐控制系統(tǒng)中應(yīng)用
發(fā)布日期：2022-04-27 點(diǎn)擊率：57
引言
真空熱處理是應(yīng)用于制造工業(yè)中，為了使工業(yè)產(chǎn)品具備良好性能的必要中間工序，它是熱處理的一個(gè)分支，主要目的是為了防止工件在加工過程中產(chǎn)生氧化和脫碳。由于可編程控制器應(yīng)用了微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，各種控制功能是通過軟件來實(shí)現(xiàn)的，只要改變程序，就可適應(yīng)生產(chǎn)工藝的改變，因而適應(yīng)性強(qiáng)。它不僅能完成邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等功能，而且能進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算.因而既可進(jìn)行開關(guān)量控制，又可進(jìn)行模擬量控制，還能與計(jì)算機(jī)聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)分級(jí)控制。況且PLC體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，開發(fā)周期短，安裝和維護(hù)工作量小。因此，在用微電子技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的過程中，傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，大多數(shù)被PLC所取代。本文正是通過闡述PLC和真空熱處理爐控制系統(tǒng)相結(jié)合進(jìn)行設(shè)計(jì)，提出整體思路，并進(jìn)行了系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)。
1 控制系統(tǒng)方案的確定
1.1 控制系統(tǒng)的工作原理
首先，將預(yù)定工作的PLC及被控制的真空熱處理上電，并向工業(yè)控制機(jī)發(fā)送準(zhǔn)備就緒信號(hào)。此后，利用工業(yè)控制機(jī)啟動(dòng)整個(gè)系統(tǒng)的控制運(yùn)行。工作過程中，PLC一方面實(shí)現(xiàn)與工業(yè)控制機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信，一方面控制真空熱處理爐的正常運(yùn)行。當(dāng)PLC接收到工業(yè)控制機(jī)發(fā)出的數(shù)據(jù)提取命令后，就把采集到的真空熱處理爐工作情況，如爐內(nèi)真空度、溫度、冷卻水狀態(tài)以及各部件的開關(guān)狀態(tài)等數(shù)據(jù)向工業(yè)控制機(jī)發(fā)送，當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后，PLC又繼續(xù)控制真空熱處理爐。
PLC對(duì)設(shè)備的控制主要是通過接觸器、固態(tài)繼電器等電氣元件組成的外圍電路來控制氣壓閥、真空泵、電阻絲等各部件的運(yùn)行、送氣操作、到限與故障報(bào)警。而工業(yè)控制機(jī)一方面把接收到的數(shù)據(jù)處理并顯示，另一方面則等待第二個(gè)時(shí)鐘中斷信號(hào)的到來，準(zhǔn)備發(fā)出下一個(gè)提取數(shù)據(jù)的命令和接收發(fā)來的數(shù)據(jù)?？刂葡到y(tǒng)設(shè)計(jì)為一臺(tái)工業(yè)控制機(jī)連接兩臺(tái)PLC，將定時(shí)提取每一臺(tái)PLC數(shù)據(jù)，輪流往復(fù)地控制兩臺(tái)PLC工作。
1.2 控制系統(tǒng)總體布局
設(shè)備總體以PLC作為控制核心，工業(yè)控制機(jī)作為監(jiān)督和顯示。利用熱電偶返回溫度信號(hào)，通過與設(shè)定值比較輸出可控脈沖給固態(tài)繼電器來控制溫度。利用真空傳感器返回真空度信號(hào)，然后根據(jù)真空度的數(shù)值進(jìn)行下一步工作，并驅(qū)動(dòng)電磁閥和真空泵使?fàn)t膛達(dá)到所需真空度。對(duì)于循環(huán)水傳感器進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)出現(xiàn)報(bào)警狀態(tài)時(shí)及時(shí)進(jìn)行處理。通過控制循環(huán)水閥門和循環(huán)水泵的開啟協(xié)調(diào)整個(gè)廠房所有真空爐的用水量。通過PLC程序控制爐門的直線開關(guān)和旋轉(zhuǎn)開關(guān)?？傮w布局示意圖如圖1。
1.3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
控制系統(tǒng)共分為供電系統(tǒng)，抽真空控制系統(tǒng)，加熱控制系統(tǒng)，爐門開關(guān)臺(tái)車進(jìn)出控制系統(tǒng)，循環(huán)水控制系統(tǒng)。而供電系統(tǒng)為手動(dòng)操作。以抽真空控制系統(tǒng)為例介紹系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。操作步驟是用PLC進(jìn)行編程，由機(jī)械泵，羅茲泵進(jìn)行抽初中級(jí)真空，擴(kuò)散泵準(zhǔn)備。取到達(dá)一定真空度和擴(kuò)散泵準(zhǔn)備好的較長(zhǎng)時(shí)間打開擴(kuò)散泵，具體原理見圖2。
2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
PLC控制系統(tǒng)的硬件是由PLC，輸入/輸出電路以及外圍設(shè)備等組成的。系統(tǒng)的規(guī)模根據(jù)真空熱處理工藝需要而定，真空熱處理爐的PLC順序控制系統(tǒng)的硬件組成圖3所示。
由于真空熱處理爐帶有閉環(huán)控制、PID調(diào)節(jié)、通信連網(wǎng)等，故控制線路較為復(fù)雜，因此選擇大中型PLC方能滿足要求。由于本控制系統(tǒng)控制的對(duì)象是容積為10立方米的熱處理真空爐，確定采用PLC型號(hào)為S7-300，抽真空系統(tǒng)的外部組件連接見圖4。其中NL1-NL3為機(jī)械泵，ND1，ND2為擴(kuò)散泵，NZ1為羅茲泵.VP1-VP13為氣動(dòng)閥門，BW1-BW5為泵體冷卻器，PT1-PT4，PA1，PA2。PA3為真空傳感器，PD1-PD3為壓力表。由機(jī)械泵NL1，NL2，NL3抽初級(jí)真空，NZ1抽中級(jí)真空，ND1，ND2抽高級(jí)真空。
3 PLC控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)步驟
(1)制定真空爐運(yùn)行方案。根據(jù)熱處理工藝的要求，分析熱電偶、真空度等輸入?yún)?shù)與控制接觸器和固態(tài)繼電器等的輸出信號(hào)與各種操作之間的邏輯關(guān)系，確定需要檢測(cè)的量和控制的方法。并設(shè)計(jì)出真空爐系統(tǒng)中各設(shè)備的操作內(nèi)容和操作順序。據(jù)此可畫出流程圖。
(2)畫抽真空和溫度控制流程圖。
(3)制定PLC控制系統(tǒng)的抗干擾措施，比如電源隔離、外圍電路的光電偶合。
(4)編寫程序，根據(jù)被控對(duì)象輸入如熱電偶和輸出信號(hào)如控制固態(tài)繼電器的脈沖及所選定PLC型號(hào)，分配硬件資源，為梯形圖的各種繼電器或接點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)，再按照技術(shù)說明，用梯形圖進(jìn)行編程。
