熱壓罐智能控制系統(tǒng)開發(fā)研究論文
摘要：為了滿足復(fù)合材料處理的工藝過程的自動(dòng)化要求，開發(fā)熱壓罐智能控制系統(tǒng)。通過密集的溫度檢測(cè)，合理的壓力測(cè)量，結(jié)合經(jīng)濟(jì)實(shí)用的PLC控制器，完成熱壓罐加熱、保溫、降溫、加壓、抽真空等，全流程智能控制，減少人工干預(yù)，保證材料加工處理的一致性，達(dá)到提高產(chǎn)品質(zhì)量的目的。
關(guān)鍵詞：熱壓罐;智能控制系統(tǒng);溫度檢測(cè);一致性
1前言
熱壓罐是一端封閉、另一端開門的圓柱體，用于材料的壓實(shí)與熱處理。隨著科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來越高，傳統(tǒng)的人工處理已不能滿足生產(chǎn)需要。為了滿足不同材料的不同工藝的要求，便于生產(chǎn)應(yīng)用，開發(fā)新型的智能型熱壓罐是必要的。
2智能控制系統(tǒng)組成
2.1工藝流程
打開罐門將磨具放入到位，門關(guān)好后，旋轉(zhuǎn)到位，鎖上安全閥，根據(jù)用戶設(shè)置工作方式，自動(dòng)啟動(dòng)風(fēng)機(jī)與水冷系統(tǒng)，自動(dòng)升溫、升壓，真空環(huán)境下保溫、保壓至一定時(shí)間，完成產(chǎn)品加工；降溫、降壓、釋放真空，直至停止風(fēng)機(jī)與加熱器，開罐門取出磨具工件。處理過程完成，系統(tǒng)結(jié)束單次自動(dòng)流程等待下一次工作申請(qǐng)。
2.2工作方式
1）溫度控制方式。用戶根據(jù)不同的材料處理工藝設(shè)定：溫度控制目標(biāo)，溫升速率、保溫時(shí)間、目標(biāo)限值，實(shí)現(xiàn)溫度自動(dòng)處理。2）壓力控制方式。用戶根據(jù)不同的`材料處理工藝設(shè)定：壓力控制目標(biāo)，壓力變化率、關(guān)聯(lián)溫度、關(guān)聯(lián)時(shí)間、目標(biāo)限值，實(shí)現(xiàn)壓力自動(dòng)處理。3）真空控制方式。用戶根據(jù)不同的材料處理工藝設(shè)定：是否啟用真空控制，關(guān)聯(lián)溫度、關(guān)聯(lián)時(shí)間等，完成真空處理。
2.3工藝設(shè)備組成
熱壓罐的主要工藝設(shè)備有：空氣泵2臺(tái)、冷卻水泵2臺(tái)、供水泵2臺(tái)、主風(fēng)機(jī)1臺(tái)，電加熱器2臺(tái)，抽真空電動(dòng)閥24臺(tái)，其他閥門若干，熱壓罐門為液壓站控制。
3智能控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
3.1自控系統(tǒng)硬件組成
熱壓罐智能控制系統(tǒng)的電氣系統(tǒng)按工藝要求，配置低壓控制柜2臺(tái)、PLC柜1臺(tái)。熱壓罐內(nèi)布置熱電偶24支，用于檢測(cè)罐內(nèi)溫度，配置壓力檢測(cè)變送器檢測(cè)罐內(nèi)、管外壓力、真空壓力，檢測(cè)真空度。
3.2電控系統(tǒng)方案
生成模擬工藝溫度曲線，計(jì)算工藝執(zhí)行溫度曲線，計(jì)算罐內(nèi)平均溫度，計(jì)算最大、最小溫度；根據(jù)工藝要求、用戶設(shè)定及計(jì)算出的曲線，自動(dòng)控制設(shè)備運(yùn)行，讀取智能管理軟件給出的事故處理方法并執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)可靠、安全運(yùn)行。
3.3系統(tǒng)軟件功能
智能管理軟件應(yīng)用西門子WINCC軟件及VB編程，應(yīng)用ODBC連接ACCESS數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)采用B/S架構(gòu),完成以下功能：1）讀取PLC數(shù)據(jù)完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)記錄，實(shí)現(xiàn)智能系統(tǒng)的數(shù)據(jù)記憶；記錄事故處理系統(tǒng)恢復(fù)方法。2）系統(tǒng)故障時(shí)，讀取數(shù)據(jù)庫，取事故發(fā)生前10min與發(fā)生后5min的相關(guān)數(shù)據(jù)，診斷事故成因，完成事故追憶功能。3）實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)狀態(tài)、歷史曲線、實(shí)時(shí)曲線、模擬曲線、故障報(bào)警列表、班次累計(jì)數(shù)據(jù)。4）系統(tǒng)通過WEB發(fā)布功能的遠(yuǎn)程監(jiān)控與維護(hù)功能。5）實(shí)時(shí)曲線與模擬曲線的跟隨功能。6）用戶工藝參數(shù)設(shè)定，系統(tǒng)啟停控制，工藝數(shù)據(jù)查詢、定制，人員登錄、操作記錄等功能。
3.4自動(dòng)控制系統(tǒng)方案
控制系統(tǒng)的主控制器選擇西門子Smart200系列PLC，該P(yáng)LC的CPU將微處理器、集成電源、輸入和輸出電路、內(nèi)置PROFINET、高速運(yùn)動(dòng)控制I/O以及模板模擬量輸入組合到一個(gè)設(shè)計(jì)緊湊的外殼中，安全可靠，經(jīng)濟(jì)可行。選擇真彩色觸摸屏作為HMI，用于顯示各電氣設(shè)備的運(yùn)行狀況、報(bào)警部位指示，顯示故障診斷信息，顯示溫度、壓力及生產(chǎn)數(shù)據(jù)累計(jì)等工藝參數(shù)；用于用戶控制方式、工藝參數(shù)設(shè)定，完成設(shè)備的手、自動(dòng)起停控制。系統(tǒng)配置交換機(jī)1臺(tái)，用于PLC與上級(jí)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)傳輸與交換，實(shí)現(xiàn)1臺(tái)掃描儀完成多種功能，節(jié)約成本。系統(tǒng)示意圖如圖1所示。
3.5設(shè)備操作方案
1）在低壓控制柜柜門上設(shè)置2個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān)，一個(gè)用于切換手動(dòng)控制與自動(dòng)控制方式，；另一個(gè)用于選擇本地控制與觸摸屏控制。本地控制模式下，選擇手動(dòng)方式，通過柜門的操作按鈕分別起動(dòng)、停止相應(yīng)設(shè)備，相應(yīng)指示燈指示設(shè)備起、停狀態(tài)；自動(dòng)方式下，在觸摸屏和服務(wù)器端又可以選擇遠(yuǎn)程與就地操作。此時(shí)選擇就地時(shí)通過觸摸屏實(shí)現(xiàn)控制，選擇遠(yuǎn)程時(shí)由服務(wù)器端操作。WEB服務(wù)只允許瀏覽，除非是工程師權(quán)限。按操作畫面啟動(dòng)按鈕，系統(tǒng)自動(dòng)順序啟動(dòng)；停止按鈕，系統(tǒng)退出自動(dòng)工藝流程，等待指令。2）低壓控制柜柜門上還設(shè)置了急停按鈕，用于緊急情況下的故障停車處理，按下急停所有設(shè)備停止運(yùn)轉(zhuǎn)。3）觸摸屏安裝在PLC柜柜門上，美觀整潔，操作安全方便。4）柜門操作與觸摸屏畫面操作2種操作方式互相獨(dú)立，互為備用，為系統(tǒng)提供可靠性保障。5）該系統(tǒng)通過遠(yuǎn)程云端可以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程操作，并完成遠(yuǎn)程維護(hù)，節(jié)約運(yùn)行維護(hù)成本。
4結(jié)語
熱壓罐智能控制系統(tǒng)現(xiàn)處于調(diào)試階段，等待用戶驗(yàn)收，尚未投入正常生產(chǎn)應(yīng)用中。調(diào)試過程中上述設(shè)想的功能均能實(shí)現(xiàn)，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)按用戶設(shè)定參數(shù)運(yùn)行，模擬曲線與實(shí)時(shí)曲線跟隨重合度高，滯后不超過5s，符合工藝生產(chǎn)要求。
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