熱處理設備自動化的研究與應用_圖文

1、技 術(shù) 創(chuàng) 新 微計算機信息 (測控自動化 2010年第 26卷第 8-1期 控 制 系 統(tǒng)熱處理設備自動化的研究與應用Heat treatment equipment automation research and application(1.泰山醫(yī)學院 ;2. 山東服裝學院 趙振杰 1趙 昊 2王 丹 1 ZHAO Zhen-jie ZHAO Hao WANG Dan摘要 :在 現(xiàn) 代 工 業(yè) 生 產(chǎn) 中 , 熱 處 理 已 經(jīng) 成 為 保 證 產(chǎn) 品 質(zhì) 量 、 改 善 加 工 條 件 、 節(jié) 約 能 源 和 材 料 的 極 其 重 要 的 一 項 工 藝 措 施 。 這 是 因 為 鋼

2、 鐵 及 其 他 很 多 合 金 的 優(yōu) 良 性 能 (高 的 硬 度 、 強 度 、 彈 性 、 耐 磨 性 及 良 好 的 切 削 性 能 , 除 在 冶 金 時 必 須 保 證 一 定 的 化 學 成 分 外 , 往 往 還 要 經(jīng) 過 熱 處 理 才 能 獲 得 。 熱 處 理 是 強 化 鋼 材 , 使 其 發(fā) 揮 潛 在 能 力 的 主 要 工 藝 措 施 。 通 常 , 重 要 的 機 器 零 件 大 多 數(shù) 都 要 進 行 熱 處 理 。 本 文 研 究 了 用 PC 機 和 可 編 程 控 制 器 實 現(xiàn) 熱 處 理 設 備 控 制 的 方 法 , 主 要 包 括 :箱 式

3、電 加 熱 爐 、 鹽 浴 爐 、 滲 碳 爐 等 的 控 制 。 顯 然 , 這 不 但 能 提 高 每 臺 爐 子 的 自 動 化 水 平 , 充 分 發(fā) 揮 單 臺 爐 子 的 作 用 , 而 且 , 更 能 加 強 熱 處 理 車 間 各 臺 爐 子 的 協(xié) 同 作 用 , 提 高 生 產(chǎn) 效 率 。關鍵詞 :控制 ; 設備 ; 網(wǎng)絡 ; PC 機中圖分類號 :TP29文獻標識碼 :BAbstract:In modern industrial production, heat treatment has become the guarantee product quality, imp

4、rove processing conditions, saving energy and materials, an extremely important process measures. This is because the alloy steel and many other excellent prop -erties (highhardness, strength, flexibility, abrasion resistance and excellent cutting performance, with the exception must be guaran -teed

5、 in metallurgical chemical composition of things, they often have to get through the heat treatment. Heat treatment is to strength -en the steel, its potential ability to play a major technological measures. Usually, it is important to be heat -treated the majority of machine parts. In this paper, u

6、sing PC computers and programmable logic controller control method of heat treatment equipment, mainly including:box-type electric furnace, salt bath furnace, carburizing furnace, etc. control. Obviously, this will not only enhance the level of automation for each stove, give full play to the role o

7、f a single furnace, but it will enhance the heat treatment furnace plant synergies and improve production efficiency.Key words:Control; Device; Network; PC文章編號 :1008-0570(201008-1-0066-021概述PLC 在很短的時間里得到了迅速的發(fā)展 , 它將在工業(yè)控制領域發(fā)揮越來越大的作用 , 并將成為工業(yè)控制領域的主要控制設備 。 盡管使用 PLC 首次投資要大些 , 但從全面及長遠看 , 使用PLC 還是經(jīng)濟的 , 特別是

8、隨著控制系統(tǒng)的復雜程度的增加 , 使用PLC 不僅出于方便與可靠的需要 , 而且?guī)淼慕?jīng)濟效益也是明顯的 。 它的可靠性高 、 使用方便的顯著特點將使它的適用范圍更加廣泛 。隨著科學技術(shù)的發(fā)展 , 工業(yè)計算機網(wǎng)絡得到了廣泛的應用 。其主要原因是 :(1工業(yè)現(xiàn)場設備數(shù)據(jù)資源共享的迫切要求 。(2提高可靠性的要求 。(3計算機與通信兩者性能價格的變化 。目前 , 我國熱處理技術(shù)水平與國外工業(yè)發(fā)達國家相比存在著很大差距 , 而且我國多數(shù)企業(yè)仍采用普通機油等介質(zhì)淬火 , 既不安全 , 質(zhì)量也不穩(wěn)定 。 因此對熱處理設備的改造迫在眉睫 。2系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)本系統(tǒng)采用 OMRON 公司的 CV500型 、

9、CVM1型 、 C200HW型可編程控制器 、 遠程 I/0節(jié)點即現(xiàn)場設備 、 觸摸屏 NT613C 和PC 機組成了基于三級工業(yè)控制網(wǎng)絡的監(jiān)控系統(tǒng) 。 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖 1所示 。圖 1熱處理設備控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)本系統(tǒng)采用 OMRON 公司的 CV500型 、 CVM1型 、 C200HW 型可編程控制器 、 遠程 I/0節(jié)點即現(xiàn)場設備 、 觸摸屏 NT613C 和 PC 機組成了基于三級工業(yè)控制網(wǎng)絡的監(jiān)控系統(tǒng) ?？刂凭W(wǎng)中的 PC 機和 CV500連接組成以太網(wǎng)級即信息管 理層 。 CVM1和 C200HW 用 CONTROL LINK 線纜相連組成 CONTROL LINK 網(wǎng) 。 C

10、VM1 DRM21和遠程 I/O節(jié)點相連 , 組 成 Compo Bus/D(即 DEVICE NET 器件網(wǎng) , 用于控制生產(chǎn)現(xiàn)場的 熱處理設備 。上位 PC 計用于顯示 、 加工 、 存貯實時采集到的數(shù)據(jù) ; 用 VB 設計軟件系統(tǒng)用于顯示溫度 、 加熱時間等等 。用串口線連接觸摸屏進行程序及畫面?zhèn)鬏?。 用串口線連接 觸摸屏和 PLC 進行通訊 。用串口線連接觸摸屏和 PLC 的方法如圖 2所示 :趙振杰 :講師 碩士研究生技 術(shù) 創(chuàng) 新控 制 系 統(tǒng)圖 2串口線的連接方法示意圖NT 與 PLC 相連之后觸摸屏自動進入運行狀態(tài) 。3爐溫控制及其控制算法本系統(tǒng)中被控制對象是爐內(nèi)溫度 , 溫

11、度經(jīng)過傳感器單元的 轉(zhuǎn)換 , 變成對應當是溫度的數(shù)字信號 , 送往 PLC 控制器 。 溫度至 于設定值比較 , 根據(jù)偏差大小 , 按比例積分 (PI調(diào)節(jié)規(guī)律計算出 校正量 。 通過其模擬量 (D/A單元輸出控制信號 , 消除溫度的偏 差 。 PLC 的輸出信號是的電壓信號 , 該信號被送往現(xiàn)場的執(zhí)行機 構(gòu) , 讓溫度達到并穩(wěn)定在設定之上 。 以滲碳爐為例給出其算法 。1. 控制對象的數(shù)學模型滲碳爐實質(zhì)上是一個電阻加熱爐 , 其特殊部分只是增加了 煤油供給及高壓風 (450kPa供給裝置 , 就溫度控制而言 , 它與一 般電阻爐沒有什么本質(zhì)不同 , 只是加熱溫度曲線如圖 3所示 , 分 為三個

12、階段 :預熱 、 滲碳 、 擴散 。 每個階段中對爐溫 、 爐壓和 CO 含量均有嚴格要求 , 并規(guī)定了時間間隔 。 溫度控制是一個具有自 平衡能力的大慣性環(huán)節(jié) , 其數(shù)學模型可近似表示為 :其中 K d 放大系數(shù) ;T d 時間常數(shù) ; 純滯后時間 。圖 3滲碳熱處理工藝流程示意圖由于每一個電阻爐體積 、 結(jié)構(gòu)不相同 , 上述各參數(shù)用通過對 實際對象進行實測得到 , 計測量其開環(huán)狀態(tài)下的飛升曲線 。2. 數(shù)字控制器 D(z的設計圖 4所示為爐溫控制系統(tǒng)方框圖 。 其中零階保持器由 D/A構(gòu)成 , 采樣周期為 T 。圖 4爐溫控制系統(tǒng)方框圖爐溫控制系統(tǒng)設計的任務歸結(jié)為設計數(shù)字控制器 D(z。

13、根 據(jù)對象特性 , 可采用純滯后是密斯補償控制或大林算法 , 本系統(tǒng) 采用工程上用的二階最佳設計法先求模擬控制器 D(s,然后再 利用等效離散化設計方法轉(zhuǎn)換為數(shù)字控制器 D(z。 對象中的純 滯后環(huán)節(jié) 可由泰勒一階近似式轉(zhuǎn)換為一階慣性環(huán)節(jié)為故對象的數(shù)學模型可簡化為 在爐溫控制中 , 一般滿足 T d >>, 故該式是兩個時間常數(shù)相 差較大的二階環(huán)節(jié) , 根據(jù)連續(xù)系統(tǒng)二階工程設計法 , 模擬控制器 D(s應為 PI 調(diào)節(jié)器 , 其傳遞函數(shù)為若用 D(s的零點抵消 G(s中的大慣性極點 , 即選擇 =Td , 根 據(jù)二階工程設計發(fā)求得 T i =2kd , 最后得到模擬調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)為式

14、中采用后向差分變換可得數(shù)學控制器對應的控制算式為(1式中u(k-數(shù)字控制器的輸出 ;e(k-數(shù)字控制器的輸入 , 即偏差信號 。 式 (1即為程序?qū)崿F(xiàn)的控制算法 。4PLC 控制主程序流程圖PLC 應實現(xiàn)對爐溫 、碳勢的檢測 , 并根據(jù)工藝要求和碳勢進 行控制 , 執(zhí)行上位機通信要求的操作 , 進行超限報警以及傳感器 故障 、 通信失敗等告警 。 故 PLC 碳勢控制軟件主程序流程圖如 圖 5所示 。圖 5PLC 碳勢控制軟件主程序流程圖5上位機監(jiān)控系統(tǒng)軟件設計圖 6上位機的應用軟件結(jié)構(gòu)框圖(下轉(zhuǎn)第 89頁 技 術(shù) 創(chuàng) 新傳 感 器 與 儀 器 儀 表化 , 最終反映在等效噪聲反射率上的變化

15、, 如圖 4所示 。在本實驗中 , 我們看到的是非常典型的情況 , 其中噪聲受控 于來自電子元件的加性或偏離 (即 , 隨信號變化 噪聲 , 并且我們 對于受限于信號的噪聲的理想估計較為理想 。 對于亮目標或更 為 “ 富光子 ” 的設計 , 信號噪聲更可能會占據(jù)首要位置 。 比如 , 如 果我們例子中的目標是 40%的反射體而不是 16%的反射體 , 在 這樣的情況下 , 噪聲將具有某些隨信號變化的特性 (即 , 乘性 。圖 4隨反射率變化的等效噪聲反射率的變化趨勢4結(jié)束語本文主要闡述了噪聲等效反射率的計算模型 。 定量地給出了傳感器的各種參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響 。 可以看到等效噪聲反 射率只

16、是一個基本指標 , 對于不同的應用可以設計出不同的特 定指標 , 比如 , 若傳感器用于植被葉面積指數(shù) (LAI的測定 , 則可 以將葉面積指數(shù)和反射率之間建立關系 , 使用上文闡述的方法 結(jié)合實際可以非常容易地模擬出等效噪聲 LAI 這一應用指標 , 根據(jù)這一指標則可以進行各種應用領域中遙感圖像的仿真模 擬 , 并使模擬結(jié)果更加精確 。 參考文獻1Grum,F., &Becherer, R.J. (1979.Optical Radiation Measure -ments:Vol. 1, Radiometry.Academic, NY.2Hecht,E. (1990.Optics.

17、2nd. ed., Addison-Wesley, Reading, MA.3Budde,W. (1983.Optical Radiation Measurements:Vol. 4, Physical Detectors of Optical Radiation. Academic, NY.4Dereniak,E.L., &Crowe, D.G. (1984Optical Radiation De -tectors. Wiley, NY.5DanielSchl?pfer &Michael Schaepman, Modeling the Noise E -quivalent R

18、adiance Requirements of Imaging Spectrometers Based on Scientific Applications, Applied Optics, 2002, Vol. 41(27,5691-5701.6Rogatto,W.D., ed. (1993.Electro-optical components. The In -frared and Electro-optical System Handbook, Vol. 3, J.S. Accetta, &D.L. Shumaker eds. SPIE Optical Engineering P

19、ress, Belling -ham, WA.7代霜 , 徐抒巖 . 空間遙感相機電子學仿真專家系統(tǒng) , 2006年 01S 期 , 微計算機信息 .作者簡介 :陳宇 (1984-, 男 (漢族 , 江蘇省揚州市人 , 中國科學院 遙感應用研究所信號與信息處理在讀碩士研究生 。 主要從事傳 感器模型的研究 。Biography:CHEN Yu (1984-,male (Han,Jiangsu,Chinese A -cademy of Sciences, Signal and Information Processing, Research area is sensor model. (1001

20、01北京 中國科學院遙感應用研究所 陳 宇 顧行發(fā) 余 濤徐 輝 馬紅濤(100101北京 國 家 航 天 局 航 天 遙 感 論 證 中 心 陳 宇 顧 行 發(fā)余 濤 徐 輝 馬紅濤通訊地址 :(100101北京 中國科學院遙感應用研究所 陳 宇(上接第 67頁 本軟件的運行需要一個穩(wěn)定的運行環(huán)境 , 要求系統(tǒng)軟件的安全性 、穩(wěn)定性好 。 基于模塊化設計的思想 , 把本軟件的功能分 塊設計 , 所以 , 采用了分層分塊的軟件結(jié)構(gòu) 。 這樣模塊化設計的程序 , 使程序編寫容易 、易于擴展 、 易于維護和調(diào)試方便 , 本軟件 由系統(tǒng)軟件和應用軟件構(gòu)成 。 本課題的上位機軟件的應用軟件 結(jié)構(gòu)如圖 6所示 。上位機系統(tǒng)還包括 :密碼管理模塊 、 溫度曲線繪制模塊 、 碳勢曲線繪制模塊 、報警模塊 、 查詢窗體 、 質(zhì)檢報告生成模塊等等 。 6結(jié)論本文通過溫度控制以及碳勢控制的實現(xiàn) , 進行了細致的分 析與探討 , 對其中運用的 PID 算法 , 與前人的應用進行了比較 、 借鑒與改進 , 對算法的實現(xiàn)作了更為細致的分析 。本文研究是在前人研究的基礎上進行了豐富 。 經(jīng)實踐證明 , 用微機監(jiān)控熱處理過程提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率 。本文作者創(chuàng)新點 :對溫度以及碳勢 PID 算法進行了改進 , 并把 PC 機應用于熱處理的自動生產(chǎn)過程 , 提高了產(chǎn)品質(zhì)量和 生