0.引言
沈飛公司熱處理工段承擔(dān)著全公司軍民機(jī)品種繁多的鋁合金零件熱處理任務(wù)。鋁合金熱處理生產(chǎn)線(xiàn)作為特種工藝，又是每次軍民機(jī)各類(lèi)審計(jì)的重要環(huán)節(jié)。目前熱處理工段有4臺(tái)硝鹽槽和6臺(tái)空氣循環(huán)電爐設(shè)備，由于記錄更換為EN880無(wú)紙記錄儀，必須使用打印機(jī)進(jìn)行溫度曲線(xiàn)的打印，這就要求用U盤(pán)或軟盤(pán)分別將數(shù)據(jù)復(fù)制到電腦里，用專(zhuān)用軟件查看并打印出來(lái)，再將熱處理參數(shù)填寫(xiě)在打印出來(lái)的溫度記錄紙上，作為原始記錄保存。用U盤(pán)或軟盤(pán)傳遞數(shù)據(jù)，不穩(wěn)定，容易出錯(cuò)，且U盤(pán)或軟盤(pán)極易產(chǎn)生質(zhì)量問(wèn)題，給工作帶來(lái)不便，不符合精益思想?？販夭糠譃橹悄軆x表控溫，但沒(méi)有通信接口，不能進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。廠(chǎng)房?jī)?nèi)控制系統(tǒng)分散，且為每個(gè)系統(tǒng)獨(dú)立控制，不利于車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)儀表員對(duì)設(shè)備的統(tǒng)一管理。記錄儀表沒(méi)有與上位機(jī)進(jìn)行通信，不能實(shí)時(shí)讀取儀表的溫度記錄曲線(xiàn)。由于沒(méi)有監(jiān)控系統(tǒng)，所以不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備或儀表出現(xiàn)的故障，不能監(jiān)控操作工的設(shè)備定值，更無(wú)法準(zhǔn)確判斷、排除故障。對(duì)出現(xiàn)的超溫超差現(xiàn)象沒(méi)有及時(shí)報(bào)警裝置。另外，現(xiàn)場(chǎng)的動(dòng)力設(shè)備對(duì)儀表系統(tǒng)干擾很大，經(jīng)常不能正常讀取數(shù)據(jù)。
針對(duì)上述問(wèn)題對(duì)熱處理設(shè)備在使用過(guò)程中進(jìn)行集中控制改造，并且保證整個(gè)熱處理設(shè)備的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)滿(mǎn)足使用要求。
1 主要技術(shù)指標(biāo)和研究?jī)?nèi)容
1.1 溫度數(shù)字調(diào)節(jié)器的主要技術(shù)指標(biāo)
SR253：具有五位顯示，0.1(千度以上也帶小數(shù)點(diǎn))和0.001(鉑電阻0.000～50.000量程)的高分辨率和1/8000的調(diào)節(jié)分辯率。
FP93：FP93具有4組曲線(xiàn)，每組10段，亦可一組*大40段曲線(xiàn)，每段*長(zhǎng)時(shí)間99分59秒或99小時(shí)59分，程序可9999次的大循環(huán)?，F(xiàn)場(chǎng)斷電時(shí)，程序能從斷點(diǎn)繼續(xù)運(yùn)行，運(yùn)行中的參數(shù)也可修改。與島電FP21相比，僅精度和液晶窗口有區(qū)別。 6組島電**的無(wú)超調(diào)專(zhuān)家PID算法，還包括6組獨(dú)立的輸出限幅參數(shù)，6組獨(dú)立的抗超調(diào)抑制系數(shù)，以對(duì)號(hào)入座的方式設(shè)置到曲線(xiàn)中,使不同溫區(qū)的調(diào)節(jié)參數(shù)、輸出功率以及抗超調(diào)、欠調(diào)等得到*佳的匹配。
1.2通用組態(tài)軟件和調(diào)節(jié)器與記錄儀聯(lián)網(wǎng)的研究?jī)?nèi)容
計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展,為實(shí)現(xiàn)高水平自動(dòng)化提供了強(qiáng)有力的技術(shù)工具,給生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化的發(fā)展帶來(lái)了深遠(yuǎn)的影響。在基礎(chǔ)自動(dòng)化級(jí)和過(guò)程控制管理級(jí)普遍采用工業(yè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù),工業(yè)自動(dòng)化進(jìn)入到計(jì)算機(jī)集成系統(tǒng)。 本技術(shù)公關(guān)課題通過(guò)對(duì)熱處理爐溫度控制儀表網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，具體包括控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)、軟硬件選擇和架構(gòu)、系統(tǒng)優(yōu)化、安裝調(diào)試等內(nèi)容。整個(gè)系統(tǒng)可以分為兩個(gè)部分:上位機(jī)(PC)和下位機(jī),另外還包括PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)、熱電偶、晶閘管調(diào)壓器等設(shè)備。上位機(jī)與下位機(jī)之間通過(guò)PROFIBUS-DP進(jìn)行通訊,把上位機(jī)編制的程序和控制指令下載到PLC中,同時(shí)把控制儀表和記錄儀表中的數(shù)據(jù)傳遞給上位機(jī)顯示、存儲(chǔ)。上位機(jī)軟件開(kāi)發(fā)采用組態(tài)軟件,利用面向?qū)ο蟮能浖_(kāi)發(fā)思想設(shè)計(jì),程序包含數(shù)據(jù)處理、參數(shù)顯示、控制調(diào)整等模塊。通過(guò)上位機(jī)指令對(duì)下位機(jī)進(jìn)行控制完成數(shù)據(jù)采集、轉(zhuǎn)換、傳遞任務(wù)以及實(shí)現(xiàn)各種工藝控制、連鎖保護(hù)等控制回路功能
2 研究過(guò)程及方法實(shí)施
2.1 組態(tài)軟件我們采用力控6.0, 力控6.0是一個(gè)集成式的軟件包,其中所有組件都可以獨(dú)立分布式地運(yùn)行,通過(guò)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)程序與其它組件交換數(shù)據(jù).
2.1.1 組態(tài)的策略目標(biāo)系統(tǒng)被裝入計(jì)算機(jī)內(nèi)存并執(zhí)行預(yù)定的各種數(shù)據(jù)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理任務(wù)，同時(shí)完成與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)交換。。
2.1.2 功能強(qiáng)大的人機(jī)界面組態(tài)工具。是集成的開(kāi)發(fā)環(huán)境，它使用面向?qū)ο蟮膱D形對(duì)象創(chuàng)建動(dòng)畫(huà)式顯示窗口。這些窗口的數(shù)據(jù)、圖形顯示內(nèi)容可以來(lái)自過(guò)程I/O或Microsoft Windows第三方應(yīng)用程序。
2.1.3 軟件內(nèi)嵌分布式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)是整個(gè)軟件的核心，負(fù)責(zé)將采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、發(fā)布;分布在網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)節(jié)點(diǎn)可以充當(dāng)為IO通訊服務(wù)器、報(bào)警服務(wù)器、歷史服務(wù)器等;實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)完成歷史數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、歸檔，報(bào)警的檢查，報(bào)警數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)等功能;
數(shù)據(jù)庫(kù)具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，豐富的參數(shù)類(lèi)型，內(nèi)置的多種功能塊，可實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)算等功能;數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)數(shù)據(jù)按區(qū)域、單元、子單元管理，分為6層結(jié)構(gòu)，方便數(shù)據(jù)的管理;用戶(hù)可根據(jù)實(shí)際需要自定義自己的各類(lèi)數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)，方便對(duì)數(shù)據(jù)的管理和查找。
2.2 上位機(jī)采用臺(tái)灣研華工控機(jī)，作為監(jiān)控用電腦其工作穩(wěn)定可靠?？梢越M建**高效的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
2.3 每個(gè)控制系統(tǒng)的控溫儀表采用一塊日本島電的FP93作為控制儀表并帶有通信接口，通過(guò)上位機(jī)軟件對(duì)其進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)通過(guò)微機(jī)進(jìn)行對(duì)各個(gè)控溫裝置的工藝溫度設(shè)定，通過(guò)顯示器顯示控溫/保溫曲線(xiàn)，并對(duì)保溫時(shí)間進(jìn)行設(shè)定，使其到達(dá)保溫時(shí)間時(shí)自動(dòng)停止加熱，并通過(guò)聲音進(jìn)行報(bào)警?？刂乒裰械目販貎x選用的高精度溫度控制器，結(jié)合調(diào)相板、交流接觸器器和可控硅以及控溫?zé)犭娕冀M成測(cè)溫、控制、調(diào)節(jié)回路?？刂朴脽犭娕紝z定爐的溫度值以mv電壓值送給控溫儀，與設(shè)定值比較后，顯示出測(cè)量的溫度值，并同時(shí)輸出4-20mA間電流，送給可控硅，可控硅電壓調(diào)整器隨著(4-20)mA電流的變化，自動(dòng)改變輸出脈沖的寬度，來(lái)控制可控硅輸出電壓的高低，達(dá)到自動(dòng)控制檢定爐的溫度。當(dāng)溫度顯示值遠(yuǎn)低于設(shè)定值時(shí)，控溫儀輸出20mA 電流，控制輸出，使可控硅導(dǎo)通，加熱絲處于快速加熱狀態(tài);當(dāng)溫度顯示值高于設(shè)定值時(shí)，控溫儀輸出4mA電流，無(wú)觸發(fā)脈沖輸出，加熱器不加熱。當(dāng)溫度顯示值接近設(shè)定值時(shí)，輸出電流按P、I、D規(guī)律變化(可以采用自整定功能)，達(dá)到檢定爐的溫度與需要的功率基本相匹配，形成一條波動(dòng)很小的較平滑的升溫曲線(xiàn)，確保本控制系統(tǒng)具有良好的控制精度和穩(wěn)定性。在溫度控制過(guò)程中可運(yùn)用智能PID溫度控制器中的模糊控制功能與自整定PID系統(tǒng)結(jié)合。調(diào)相可控硅電壓調(diào)制器有2種工作方式：即“手動(dòng)”與“自動(dòng)”工作方式，調(diào)試過(guò)程中可以采用“手動(dòng)”調(diào)節(jié)的方式來(lái)確定合適的參數(shù)，*終的控制方式選用“自動(dòng)”，“自動(dòng)”工作過(guò)程，F(xiàn)P23溫控儀根據(jù)設(shè)定溫度以及PID參數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)儀輸出4-20mA電流，來(lái)控制可控硅輸出電壓的高低，達(dá)到自動(dòng)控制檢定爐的溫度。
2.4溫度記錄儀表采用英華達(dá)無(wú)紙記錄儀EN880，為其加裝通信模塊，使其數(shù)據(jù)的存取直接通過(guò)上位機(jī)進(jìn)行，對(duì)歷史曲線(xiàn)進(jìn)行保存和追億，通過(guò)上位機(jī)可對(duì)曲線(xiàn)進(jìn)行打印，曲線(xiàn)數(shù)據(jù)直接存儲(chǔ)到主控電腦上，整個(gè)過(guò)程操作簡(jiǎn)單方便，克服了維護(hù)工作量大，運(yùn)行費(fèi)用高等缺點(diǎn)。
2.5 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)控制柜進(jìn)行改進(jìn)，提高熱處理設(shè)備的控溫精度，為了避免可能的電氣干擾，采取一系列的措施。每臺(tái)設(shè)備獨(dú)立的控制柜，用于安裝無(wú)紙記錄儀，PID調(diào)節(jié)儀，中間繼電器。采用兩地報(bào)警裝置，既能通過(guò)熱處理設(shè)備動(dòng)力控制柜上的聲光報(bào)警器進(jìn)行報(bào)警，也能通過(guò)監(jiān)控室的報(bào)警器進(jìn)行報(bào)警，保證產(chǎn)品的質(zhì)量**。采用帶屏蔽的延長(zhǎng)型補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)進(jìn)行與傳感器的連接。使其不受其它干擾源的干擾?，F(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)，動(dòng)力線(xiàn)和控制線(xiàn)分開(kāi)穿管并采用屏蔽措施，排除原來(lái)設(shè)備存在的干擾問(wèn)題。
2.6 在監(jiān)控室控制柜上設(shè)有超溫報(bào)警和緊急停止按鈕，超溫報(bào)警后只切斷各臺(tái)設(shè)備的加熱區(qū)電源，而無(wú)紙記錄儀.溫度控制儀.電動(dòng)機(jī)等還可以正常工作。在發(fā)生突發(fā)情況時(shí)按下緊急停止按鈕可以切斷系統(tǒng)的控制電源。
2.7 控制柜內(nèi)所有電氣元件都采用插入式，用導(dǎo)軌進(jìn)行連接和安裝。這種安裝方式是電器元器件的安裝更加簡(jiǎn)便，便于日常維護(hù)和檢修。
3.結(jié)論
基于控制儀表的下位機(jī)與上位機(jī)形成分布式溫度控制系統(tǒng)是一個(gè)可行的、高效率的系統(tǒng)。通過(guò)先進(jìn)的溫度控制，實(shí)現(xiàn)熱處理設(shè)備溫度均勻性符合要求，操作更加方便，極大方便了八廠(chǎng)熱處理工段的生產(chǎn)需求，從而符合我們系統(tǒng)所要求達(dá)到的目標(biāo)?？傊?，基于溫度控制儀表和組態(tài)軟件的溫度控制儀表網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)充分考慮了企業(yè)熱處理工段設(shè)備分散的現(xiàn)狀和控制要求，*終實(shí)現(xiàn)設(shè)備的集中監(jiān)控。通過(guò)本攻關(guān)項(xiàng)目的完成。不僅解決了熱處理生產(chǎn)車(chē)間實(shí)際空難，也鍛煉和促進(jìn)了本專(zhuān)業(yè)計(jì)量技術(shù)水平的提高與發(fā)展。
公安機(jī)關(guān)備案號(hào)：
