西门子 PLC400控制系统在辊底式淬火炉中的应用.pdf

第 3 4卷第 6 期 2 01 4年 1 2月 黑 龙 江 冶 金 He i l o n g j i a n g Me t a l l u r g y Vo 1 ． 3 4 No ． 6 De c e mb e r 2 01 4 西 门子 P L C 4 0 0控制 系统在 辊底式淬火炉 中的应用 曹宇轩 ，史宇南 东北轻合金有限责任公司 ，哈尔滨1 5 0 0 6 0 摘要 金属在加工过程 中需要经过精细 的工艺过程 ， 淬火技 术是金 属淬炼 加工 过程 中的一项 基本工 艺过程 。 辊底炉作为淬火过程中必备的应用设备之一， 在我国金属加工制造业的发展中起到了巨大的促进作用。对于 现有加lI制造业的加工技术手段 ， 辊底炉的出现有效提升了金属冶炼制造过程中的技术手法。在辊底式淬火 炉研发制造的过程中， 使用西门子 P L C A O 0系统对整个淬火过程进行控制， 将有助于提升其对金属加工过程的 处理 能力。 关键 词 加工 ； 淬 火 ； P L C 4 o ； 辊底炉 Ap p l i c a t i o n o f S i e me n s P LC 4 0 0 Co n t r o l S y s t e m i n Ro l l e r Qu e n c h i n g F u r n a c e Ca o Yu x u a n，S h i Y u n an N o r t h e a s t L i g h t A l l o y C o ． ， L t d ．H a r b i n 1 5 0 0 6 0， C h i n a Ab s t r a c t Th e me t a l n e e ds t o g o t h r o u g h r e fi ne d c r a ft p r o c e s s wh e n ma c h i n i n g，a n d q u e nc h i n g t e c h - n o l o g y i s a ba s i c c r a f t p r o c e s s i n t he p r o c e s s o f me t a l ma c hi n i ng ．Ro l l e r q ue n c h i n g f u r n a c e a s o n e o f t h e a p pl i c a t i o n o f t h e e q ui p me nt r e q u i r e d i n qu e nc h i n g p r o c e s s ha s p l a y e d a h u g e r o l e i n pr o mo t i n g t he d e v e l o p me n t o f me t a l ma c h i n i n g ma n u f a c t u r i n g i n d u s t r y i n Ch i n a ．Fo r t h e e x i s t i n g ma c hi n i ng t e c h n o l o g y o f ma nu f a c t u r i n g，t h e e me r g e n c e o f r o l l e r h e a r t h f u rn a c e e f f e c t i v e l y i mp r o v e d t he ma c h i n i ng me t h o d i n t h e p r o c e s s o f ma n u f a c t ur i n g ． I n t h e d e v e l o pme n t a n d ma n u f a c t u r i n g o f t h e r o l l e r b o t t o m t y pe q u e n c h i n g f u r n a c e，us i n g t h e S i e me n s PL C4 0 0 c o n t r o l s y s t e m t o c o n t r o l t h e t o t a l q u e n c h i n g p r o c e s s wi l l he l p t o p r o mo t e t h e me t a l ma c h i n i n g a b i l i t y． Ke y Wo r d s M a c h i n i n g ；Q u e n c h ； P L C 4 0 0 ；R o l l e r q u e n c h i n g f u r n a c e 辊底式淬火炉作为金属制造 、 冶炼 、 加工过程 中重要的使用设备 ， 结合现代化 的科学 电气管理 系统 以及合理的控制技术 ， 将 有助于提升金属 加 工过程 中的相关产品质量 。面对我国市场发展过 程中对金属建材 资源使 用数量的不断上升 ， 有 效 的完善其制造的产品质量将是重 中之重。在进行 金属锻造的整体加工过 程中 ， 影 响金属硬度 以及 质量的关键步骤是淬火 技术的使用 ， 以及在淬 火 过程中是否达到了相关 的要求。只有完善淬火的 步骤 ， 对淬火过程进行有效 的控 制才能保证铝件 的制造要求。为 了达成这一 目的 ， 辊底 式淬火炉 中引入 了西门子公 司的 P L C 4 0 0系统来进行精确 控制 收稿 日期 2 0 1 4一l 1 0 8 作者简介 曹宇轩 1 9 9 0一 ， 男 ， 系统工程师站 ， 电气工程师。 5 6 l 淬 火工 艺简介 淬火对金 属部件 的加 工是具 有绝 对 性影 响 的， 由于金属在加工过程 中内部 的金属原 子空间 存在一定的缝隙， 通过淬火过程 ， 将相关 的金属放 入高温炉中进行高温锻造 ， 在锻造 过程 中， 相关 的 技术人员需要不停 的对其进 行敲打 ， 在 此过程 中 需要确保金属 时刻处 于高温状态 ， 进而保证其在 锻造之后具有合格的质量 。 淬火是将工件加热保温后 ， 在水 、 油或其他无 机盐 、 有机水溶 液等淬冷介质 中快速冷却 。淬火 后铝件变硬 ， 同时变脆。为了降低铝件的脆性 ， 将 淬火后的铝件处于高于室温而低于 6 5 0 ℃ 的某 一 第3 期 曹宇轩， 等 西门子P L C 4 0 0 控制系统在辊底式淬火炉中的应用 适当温度下进行长时间保温 ， 再进行冷却 ， 这种工 艺称为回火。淬 火 、 正火 、 退火 、 回火 是整个热处 理 中的“ 四把火”， 其 中的淬火与 回火关 系密切 ， 常 常配合使用 ， 缺一不可。 2 系统设计 在进行辊底 式淬火炉 的使用 过程 中， 为 了完 善其 内部对淬火的控制指标 ， 将西门子 P L C 4 0 0控 制系统引进该淬火炉 的应 用过程 中， 完善对淬火 的控制和监管 。通过 该 系统 与淬 火炉 的联 合运 用 ， 将大大提高产品的成品质量。 2 ． 1 硬 件构 成 1 P L C 4 0 0控制系统中央处理单元采用 C P U 41 4F一3 PN／DP。 2 现场采集信号站点选用 E T 2 0 0 S子站。 3 人机 界面选用 D E L L公 司 出产 的装有正 版 w i n 7系统的台式机电脑服务器。 4 加 热器功率控制选用 欧璐 7 3 0 0 s可控硅 控制器。 5 水泵 、 循环 风机变频 器均 选用西 门子 的 MI CROMAS TER _4 3 0控制。 6 上料 、 下料辊道传输电机变频器均选用西 门子的 G 1 2 0控制 。 2 ． 2 软件系统 1 P L C程序 故障处理程序包 含在各个程序 中 ， 报警 内容 包括步进超时， 材料在炉体 内掉料 ， 材料遮挡 门前 光栅尺 ， 开门超时造成主传动逆转等等 。 其他程序包括温度 、 速度采集程序 ， 温度控制 程序和速度控制程序 。温度控制算法为西 门子公 司提供的软件 P I D模块控制 。 2 程序算法 当 设定值 一温度公差 实 际温度 的时候 ， 电阻丝开始加热。 设定的温度公差是 2度 。由于炉子是大惯性 系统 ， 实际温度控制精度达到了 3 C。 3 程序组织结构 组织块 O B 1 是 P L C扫描 的主程序 ， 整个炉 区 动作 的执行过 程有此 控制 ， O B 1由用户 编程 ， 在 O B 1中， 用户调用 自己所编写的控制程序 ， 并且安 排 自己的程序顺序执行。 O B 3 2中断组 织块用 于加热 器 的输 出脉 冲控 制 ， O B 3 3中断组织块用于实现水泵 流量安全性控 制 ， O B 3 4用于炉 内温度的 P I D控制 ， O B 3 5用于循 环风机的温度 P I D控制。F B 5 0 1功能块用于辊底 炉的 自动上料顺序 程序控制 ， F B 5 0 5功能块用 于 实现 自动 出炉 的顺 序程序控制 ， F C 5 1 1用 于 自动 计算炉内实 际板料 的长度控 制， F B 5 1 1用 于实现 炉内温度 T U S测试功 能 ， F C 5功能用于故障报警 信息的控制 ， F C 3用于给定温度的计算控制。 4 上位机监控系统程序 Wi n C C运 行 在 工控 机 上 ， 操 作 系 统 为正 版 w i n 7专业版， 可实时监控炉内各 区的温度数据 ， 实 时存储生产工艺参数 ， 模拟铝件在淬火 炉中的运 行情况 ， 实现温度 、 速度参数 的在线设定 与修 改， 动态显示辊底式淬火 炉的温度和速度 曲线 ， 并 实 现历史趋势图的存储 和显示 ， 能够 实现报警提示 信息以及报表打印等功能。 3 系统通讯 P R O F I B U S通讯系统有 助于完善辊底式淬火 炉在进行淬火过程 中的整体应用 功能 ， 减少不必 要的问题 出现。作为一 种先进的通讯管理 系统 ， 在进行淬火过程 的控 制中 ， 将人为制定 的信 息有 效的传达到各个 P R O F I B U S站点之 中， 将有 助于 该 P L C 4 0 0系统对淬火炉的整体控制。 本系统选用 P L C 4 0 0的中央处理单元 和变频 器控制单元都具 有 P R O F I B U S接 口， 在电气 柜 内 安装 R S 4 8 5数据通讯设备 ， 通过 R S 4 8 5中继器 的 扩展 ， 构成 P R O F I B U SD P总线型 网络 。P L C作 为主节点 ， 变频器和 E T 2 0 0 S作为子节 点， 主节点 通过 P R O F I B U S电缆与子节点进行数据传输 。 P R O F I B U S以 I S O ／ O S I 模型为基础 ， 取其物理 层和数据链路层 。F MS还采用 了应 用层。D P和 F MS使用同样的传输技术 一种是 R S 4 8 5 ， 采用屏 蔽双绞 线 ， 拓扑 结 构 为 总线 型 ， 通 信 速 率 为 9 ． 6 k b p s ， 距离为 1 2 0 0 m， 通信速率 为 1 2 Mb p s ， 距 离 为 1 0 0 m每段最多节点数 为 3 2 ， 不支持 总线供 电 和本安 ； 另 一种 是 通 过 光 纤 ， 用 于 电 磁 兼 容 性 E MC 要求高和距离要求远的场合。 4 结 论 本系统的合理运用将有助于完善辊底式淬火 炉在进行相关金属部件加工过程 中的质量保证 ， 在未来科学技术不断完善 的过程 中， 只有不断 的 下转第 5 9页 5 7