基于PLC的30CrMnSiA钢热处理炉温控系统的研制-.pdf

如 硎 { ； 露 ； 嚣 强 蠢 uuu ％ 瓣 曩 量 Ⅲ 凝 基于 P L C的 3 0 C r M n S i A钢热处理炉 日 | 皿 控系统 的研制 空军第一航空学院 河南信阳4 6 4 o 0 o 丁丽丽胡进郭必新 飞机上很多重要结构件使用3 0 C r M n S i A钢制造，其 强度和韧性要求都非常高。3 0 C r M n S i A钢件在制造、加 工和修理过程中要进行各种热处理，其中最主要的热处 理是调质处理，它将决定该钢件的最终使用性能。因 此，对温度、温度的变化梯度及加热时间进行调节与控 制，使炉温严格按给定的温控曲线变化，就成为热处理 的关键。 目前，对 3 0 C r Mn S i A钢调质热处理控制过程普遍采 用单片机温控器进行控制，能够实现过程控制，但存在 精度偏低、综合性能不太可靠等问题。 本文采用广泛用于工业控制领域的可编程控制器 P L C 来设计热处理炉的温控系统，并用于3 0 C r M n S i A 钢的调质热处理过程。实践证明，该控制器控制精确、 可靠性好， 有效地保证了3 0 C r M n S i A钢调质热处理质量。 1 ．基本组成和原理 基于 P L C的3 0 C r M n S i A钢调质热处理炉的温度控制 系统，其主要任务是对炉膛的加热温度、保温时间及出 炉温度进行调节与控制，使炉温严格按给定的温控曲线 变化，其设计主要包括硬件设计和软件编程两个部分。 炉温控制系统主要由加热元件、温度传感器、温度采集 模块和 P L C等几个部分组成。其温度控制原理是热电 偶传感器把测得炉膛温度通过温度采集模块，将温度信号 转化成 P L C 可识别的数字量，通过 P L C 将系统给定的温度 值与反馈的温度值进行比 较， 当炉温低于 设定温度时， P L C 控制加热元件开始加热，当炉温达到设定温度时，通过 P I E断开加热元件，构成负反馈闭环温度控制系统。 2 ．P L C硬件系统设计 1 温度传感器及温度采集模块选型3 0 C r M n S i A 钢的调质热处理 炉温度控制系统的温度控制范 围在 1 2 0 0 C 以内，通常采用热电偶传感器和红外温度传感 ■■ 呈 笪 塑 垫丝些 堡 壁堕 WWW． met a| wor k l ngI 9 5 0． co rn 爹磊 工热 加 工 器。由于热电偶传感器具有价格低廉、线性度较好、测 温灵敏、 输出热电势大等特点， 本系统采用 M G R l 镍 铬． 镍硅热 电偶 传感器。根据测 温范围，采用 MD 一 4 A D T C型4通道数据采集控制模块，能以 R S 48 5通 信方式和各种 P L C组成温度采集控制系统。M D系列温 度采集模块能通过热电偶精确测量多路温度，内藏冷端 补偿电路 ， 采用数字化方式传送，且抗干扰能力强。 2 P L C硬件电路设计系统采用松下 F P O型P L C， 具有运行速度快、体积小、维护简单等优点。热处理炉 P L C控制系统设计有手动和自动两种工作方式。自动工 作时， 按下 “ 启动”按钮，电阻炉按程序 自动完成对零 件执行加热、 保温、炉冷等工艺流程的操作； 手动工作 时，配合炉温显示器对电阻炉每步工序单独进行控制。 P L C的输入信号共有 8 个，分别为启动、停止、温 度采集、自动工作、手动工作 、加热、保温和炉冷。输 出信号有 6个，分别控制加热元件加热、保温、加热指 示灯 、保温指示灯、炉冷指示灯和出炉报警。 本文选择松下 F P 0 一c 1 4型 P L C ， 有输入 1 4 点，输 出1 4 点，考虑到 I ／ O点数，留 1 0 ％ 一 1 5 ％的余量，以 便进行扩展。根据现场输入／ 输出信号， 设计 P L C硬件 系统电路 如图 1 所示 。 温 堡 P L C X0Y0 C S I X 1 Y 1 ‘ 团一 0 X2 Y3 c a X3Y4 c 2 2 二 ／ 墨B2 X4Y5 c CoM X5 ‘ s A 2 ／ a X6Y2 c X7 _ E C0M 图】 硬件系统电路 3 ．软件程序设计 3 0 C r Mn S i A钢的热处理过程采用模块化编程方法， 主要包括主程序模块 、手动程序模块 、自动程序模块。 手动操作没有固定方式，主要是根据不同的材料和工 件，手动操作热处理工艺流程，其程序较为简单，故本 文省略。 1 主程序模块 主程序用来对各个子程序模块 进行调用 ，用跳转指令 J P选择手动程序模块和 自动程 序模块 如图 2所示 。当面板上 “自动”、 “ 手动” 选择开关打在 自动状态时，程序 自动跳转到和 J P 0相 同编号的 L B L O处，执行 L B L O指令以下的程序，开始 自动工作 ；同理，扳到 “ 手动”位置时，程序 自动跳 转到和 J P 1相同编号的 L B L 1处，执行 L B L 1以下的手 动程序。 图2 主程序模块 2 自动程序模块3 0 C r Mn S i A钢的热处理是调质 处理，其热处理温度曲线如图3所示。 图3 3 0 C r M n S i A钢调质处理温度曲线 根据热处理工艺过程画出程序流程 图 如图 4所 示 。在电阻炉开始加热时，红色指示灯触点闭合，指 示加热状态，同时 MD 4 A D T C型温度采集模块开始 工作，采集的温度值写入数据寄存器 WX 9中。采集 的 温度值是以十六位二进制形式存在，数值等于当前温度 的1 0倍 ，因此在数据运算前应将其二进制数转换为十 Trea tm 垫 丝 墨 l 薹 圜 进制数。当采集的温度数据大于或等于 9 0 0 ％时，电阻 炉转入保温状态，黄色指示灯工作 ，同时定时器开始工 作。当预设时间 3 0 m i n结束后，输入触点断开，定时器 复位 ，加热元件停止工作，电阻炉进入炉冷状态。同时 将采集来 的数据和 H 6 5 0 0进行 比较，温度小于或等于 H 6 5 0 0时设定的温度值 ，Y 2触点闭合，出炉报警。自动 子程序梯形图如图5所示。 2 9 3 5 1 1 R1 图4 程序流程 F8 0BCD DT 0 Y p } Y 1 F 6 0CM PDT 1 Y 1 图5 自动子程序 4 ．结语 本文以 3 0 C r Mn S i A钢热处理过程自动化的生产需要 为应用背景，研究了以可编程控制器为核心控制加热元 件实现温度的自动化控制。该控制系统的应用，有效保 证了 3 0 C r Mn S i A钢热处理质量的稳定性。MW 2 0 1 0 0 4 2 9 磊 工热 加 工 垫 丝 堡 箜 堂兰 箜 塑■ _ WWW． m et a／ wo r k i n g1 9 50 ． com 卯