周浸循環(huán)腐蝕試驗箱研制技術(shù)交流課件

技術(shù)交流周浸循環(huán)腐蝕試驗箱的研制—軟件開發(fā)部分

技術(shù)交流.wust.ed1背景分析周浸腐蝕試驗箱是產(chǎn)品所腐蝕檢驗的主體設(shè)備1、承擔(dān)著武鋼耐火耐候鋼、高強度耐候橋梁鋼、耐蝕重軌、高耐蝕鐵路用鋼等課題的研發(fā)工作，試驗任務(wù)量很大。2、現(xiàn)有一臺周浸腐蝕試驗箱已運行6年，隨著研究院開發(fā)的耐蝕鋼品種越來越多，試驗量越來越大，設(shè)備處于長期超負(fù)荷運行，已進入故障多發(fā)期。

3、現(xiàn)在市售的周浸腐蝕試驗箱，并不能完全滿足試驗的需求。試驗參數(shù)不能自動記錄，不利于分析試驗結(jié)果；試驗的主要參數(shù)，如溫度、濕度、照度控制精度低，均勻性差，易造成平行樣間數(shù)據(jù)的分散。

背景分析周浸腐蝕試驗箱是產(chǎn)品所腐蝕檢驗的主體設(shè)備2需求分析產(chǎn)品的開發(fā)離不開先進的腐蝕試驗手段；開發(fā)周浸循環(huán)腐蝕試驗箱專用軟件，軟件滿足試驗的各種控制要求；建立專家數(shù)據(jù)庫，發(fā)掘試樣的腐蝕規(guī)律，為耐腐蝕鋼種的開發(fā)提供更好的試驗工具平臺；武鋼、其它的大型鋼廠、科研院所有大量的需求。

高強度耐候橋梁鋼、耐蝕重軌等產(chǎn)品——市場上需求很大需求分析產(chǎn)品的開發(fā)離不開先進的腐蝕試驗手段；高強度耐候橋梁3國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀日本須賀試驗機株式會社80年代制成了一種周期浸潤型復(fù)合腐蝕試驗機（DUV-VD-3型浸漬腐蝕試驗機）。它有浸漬-濕潤-干燥或者浸漬-干燥-濕潤兩種試驗循環(huán)順序可供選擇，適用于金屬材料以及電鍍、涂漆、防銹油等表面處理后的耐蝕性試驗。試樣由自動升降裝置上下移動，按設(shè)定的周期時間浸入腐蝕溶液，通入干燥空氣，在設(shè)定的順序和條件下反復(fù)循環(huán)進行試驗。Pourbaix使用一個帶有轉(zhuǎn)輪的精巧系統(tǒng)，試樣安裝在輪子的邊緣，它們可以浸入蒸餾水、NaHSO3（亞硫酸氫鈉）或NaCL溶液，這三種溶液可分別用來模擬加速鄉(xiāng)村氣氛、工業(yè)氣氛和海洋氣氛下的大氣腐蝕情況。當(dāng)輪子旋轉(zhuǎn)時將試樣升高移出溶液，在40-60℃溫度區(qū)間內(nèi)干燥。機內(nèi)用一個紅外燈泡的調(diào)節(jié)來代表陰天和晴天的不同條件。當(dāng)試樣浸入溶液時測定電極電動勢的變化情況。研究表明，幾個星期的實驗可與一年或更長時間的自然曝曬相匹配。原航空航天工業(yè)部621所李牧錚等70年代也研究出一種類似的周期試驗箱，輪盤以一定速度旋轉(zhuǎn)帶動試樣周期浸入試驗溶液，浸入時間為1.5min，溫度為45±1℃，相對濕度75±5%，所用溶液是添加過硫酸鈉的氯化鈉溶液。上述試驗機在浸潤時間、試樣表面溫度的控制方式、箱體結(jié)構(gòu)、控制精度等均不能滿足研究院耐腐蝕檢驗的要求，這些都需要重新設(shè)計、開發(fā)軟件，完善周浸循環(huán)腐蝕箱的功能。國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀日本須賀試驗機株式會社80年代制成了一種周4性能要求控制周浸腐蝕試驗箱的溫度并保持溫度的一致性，溫度波動小。在要求的范圍內(nèi)控制周浸腐蝕箱的濕度，控制精度好。保證試樣表面溫度的一致性，試樣表面溫度在可控可調(diào)，控制精度高。試驗參數(shù)可通過計算機設(shè)置和測量。主軸轉(zhuǎn)速可控可調(diào)。實現(xiàn)自動控制并確保安全。

開發(fā)的周浸循環(huán)腐蝕試驗箱軟件滿足以下性能要求：性能要求控制周浸腐蝕試驗箱的溫度并保持溫度的一致性，溫5采用的標(biāo)準(zhǔn)鐵道部周浸腐蝕試驗箱要求（TB/T2375-93）金屬和合金的腐蝕鹽溶液周浸試驗（GB/T19746-2005/ISO11130:1999）

采用的標(biāo)準(zhǔn)鐵道部周浸腐蝕試驗箱要求6關(guān)鍵技術(shù)、難點和創(chuàng)新點通過采用電加熱棒加熱空氣，用熱空氣控制箱體溫度的方式，利用制冷設(shè)備抑制過高溫度，實現(xiàn)溫度可調(diào)可控，為保證箱體內(nèi)溫度均勻，在箱體內(nèi)安裝電扇，通過控制系統(tǒng)可實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，促進箱體內(nèi)空氣自循環(huán)。采用霧化器加濕，相對濕度傳感器測量，用相應(yīng)的解耦算法來進行相對濕度控制。對紅外燈實行單燈控制，利用測量試樣表面溫度、負(fù)反饋電路和控制軟件，進行單個紅外燈輸出功率控制，實現(xiàn)試樣表面溫度可調(diào)可控。通過自主集成系統(tǒng)，設(shè)計簡潔、直觀的人機界面，實現(xiàn)系統(tǒng)的計算機控制。采用符合用電安全的設(shè)計準(zhǔn)則，保證試驗的安全與穩(wěn)定。關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)、難點和創(chuàng)新點通過采用電加熱棒加熱空氣，用熱7關(guān)鍵技術(shù)、難點和創(chuàng)新點環(huán)境溫濕度的解耦控制工件表面溫度和環(huán)境溫度的解耦控制工件物料跟蹤難點關(guān)鍵技術(shù)、難點和創(chuàng)新點環(huán)境溫濕度的解耦控制難點8關(guān)鍵技術(shù)、難點和創(chuàng)新點通過合理的內(nèi)部空氣循環(huán)控制，制冷裝置和加熱裝置的控制，保持周浸腐蝕試驗箱內(nèi)溫度的均勻一致，波動誤差在±1℃。解決濕度、溫度控制上的耦合作用，保證溫度、濕度均能單獨精確控制。試樣表面溫度控制精度高，通過高精度的傳感器和紅外燈照度控制，保證試樣表面溫度達(dá)到預(yù)定值和精度。控制界面簡潔、直觀易于操作人員操作。創(chuàng)新點關(guān)鍵技術(shù)、難點和創(chuàng)新點通過合理的內(nèi)部空氣循環(huán)控制，制9研究內(nèi)容及實施方案1、控制系統(tǒng)配置圖研究內(nèi)容及實施方案1、控制系統(tǒng)配置圖10研究內(nèi)容及實施方案2、主軸步進電機驅(qū)動控制

3、試驗液槽和補充液槽液位控制試驗溶液采用耐腐蝕泵加載，當(dāng)試驗輪72°圓心角對應(yīng)的共性區(qū)在液槽中浸入到溶液時，通過液位開關(guān)動作，停止試驗溶液加載。試驗補充溶液通過耐腐蝕泵加載到補充液槽中，當(dāng)達(dá)到設(shè)定液位或人工干預(yù)停止加載。實驗過程中通過液位開關(guān)，電磁閥用實驗補充溶液補充消耗掉的試驗溶液，以控制液面。根據(jù)試驗轉(zhuǎn)動盤的大小和材質(zhì)，選擇0.8kW左右的電機。主軸轉(zhuǎn)速在0.5~2r/h之間可調(diào)可控。

研究內(nèi)容及實施方案2、主軸步進電機驅(qū)動控制3、試驗液11研究內(nèi)容及實施方案4、溫控系統(tǒng)工作原理及控制采用電加熱棒（兩臺）加熱空氣，用熱空氣控制箱體溫度，利用制冷設(shè)備抑制過高溫度，實現(xiàn)40-50℃內(nèi)可調(diào)可控，控制溫度±1℃。為保證箱體內(nèi)溫度均勻，在箱體內(nèi)安裝電扇，促進箱體內(nèi)空氣自循環(huán)。（1）加熱棒工作，功率可分3檔，兩加熱棒可分別控制，并且兩加熱棒位于箱體的靠前的兩側(cè)安裝。溫度開關(guān)用以控制加熱棒和制冷設(shè)備的啟、停。（2）制冷設(shè)備采用循環(huán)水冷卻的方法，在箱體左右兩端分別安裝進氣孔和出氣孔，以便監(jiān)測箱體內(nèi)的溫度。其中循環(huán)水管上安裝兩位兩通電磁閥，當(dāng)箱體內(nèi)溫度過高時，電磁閥導(dǎo)通。當(dāng)箱體內(nèi)溫度達(dá)到冷卻溫度時，電磁閥關(guān)閉。需要注意的是：水冷裝置中的風(fēng)扇處于常開狀態(tài)，以保證箱體內(nèi)的空氣循環(huán)流動。（3）電扇啟、停動作，正常工作時，電扇保持工作狀態(tài)。

環(huán)境溫度控制原理圖

研究內(nèi)容及實施方案4、溫控系統(tǒng)工作原理及控制采用電加熱棒（12研究內(nèi)容及實施方案5、霧化裝置工作原理及控制對濕度的控制，采用箱體內(nèi)霧化器加濕，用濕度傳感器進行相對濕度控制，實現(xiàn)60-80%RH內(nèi)可調(diào)可控，控制精度為≯2%RH。濕度傳感器控制霧化器的啟、停，滿足濕度控制的需要。濕度控制原理圖

研究內(nèi)容及實施方案5、霧化裝置工作原理及控制對濕度的控制13研究內(nèi)容及實施方案6、紅外燈照度控制4臺紅外燈，對紅外燈實行單燈控制，利用測量試樣表面溫度和負(fù)反饋電路，根據(jù)電壓分別進行單個紅外燈功率控制，以保證試樣表面溫度在65-75℃內(nèi)可調(diào)可控?？偣灿兴膫€控制回路。單個工件表面溫度控制原理圖研究內(nèi)容及實施方案6、紅外燈照度控制4臺紅外燈，對紅外燈實14研究內(nèi)容及實施方案7、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)經(jīng)PLC系統(tǒng)，上傳至上位機，實現(xiàn)工藝流程顯示、工件物流跟蹤、數(shù)據(jù)庫管理、曲線查詢、數(shù)據(jù)報表查詢打印、報警、相關(guān)工藝參數(shù)設(shè)定等。8、用電安全控制

停電保護——在設(shè)備運行中電網(wǎng)停電，電網(wǎng)恢復(fù)供電后，設(shè)備不自行運行。每次設(shè)備啟動都需要人工給出信號，設(shè)備才能啟動運行；短路保護——設(shè)備運行中，由于電線老化或其它不明原因?qū)е略O(shè)備內(nèi)線路短路，設(shè)備能跳閘自動切斷電源；過熱保護——設(shè)備運行過程中，由于控溫系統(tǒng)失靈，當(dāng)溫度達(dá)到報警保護溫度時，溫度開關(guān)給出信號，設(shè)備停機，自動切斷電源保護，報警保護溫度在60-70℃內(nèi)可調(diào)；缺水保護——設(shè)備長時間運行，當(dāng)霧化器缺水，設(shè)備長時間達(dá)不到規(guī)定相對濕度（給出信號），或者其它原因?qū)е略囼炄芤盒孤?，不能滿足試驗最低需要時，可增加液位超低開關(guān)量信號或通過程序控制，實現(xiàn)設(shè)備停機；設(shè)備接地保護

研究內(nèi)容及實施方案7、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)經(jīng)PLC系統(tǒng)，上傳至15研究內(nèi)容及實施方案9、技術(shù)難點和重點取Di=(Pi+1-Pi)–(Pi+1(t)-Pi(t))Di-1=(Pi–Pi-1)–(Pi(t)–Pi-1(t))Di和Di-1反映了相鄰?fù)ǖ缹χ魍ǖ纈的耦合作用，作為i通道模糊前饋解耦控制器的輸入。模糊前饋解耦控制器的輸出為補償解耦信號βi，與主通道控制器Di(s)的輸出信號ui疊加，作為被控量的控制量Ui。即Ui=ui+βi，其中，βi=F(Di,Di-1)。環(huán)境溫濕度的解耦控制、工件表面溫度和環(huán)境溫度的解耦控制，解耦控制思路如下：研究內(nèi)容及實施方案9、技術(shù)難點和重點取Di=(Pi+1-16研究內(nèi)容及實施方案10、軟件功能設(shè)計——PLC部分（1）數(shù)據(jù)采集模塊：相關(guān)開關(guān)量和模擬量采集及標(biāo)度變換（2）濾波模塊：模擬量的濾波處理軟件包（3）通訊模塊：與儀表通訊，與上位機通訊處理軟件包（4）環(huán)境溫度控制模塊：模糊算法軟件包（5）工件表面溫度控制模塊：模糊PID算法軟件包（6）環(huán)境濕度控制模塊：模糊算法軟件包（7）溫濕度解耦控制模塊：含環(huán)境溫濕度及環(huán)境濕度與工件表面溫度2個模糊解耦軟件包（8）物料跟蹤模塊：工件物料跟蹤處理軟件包（9）控制輸出模塊：相關(guān)開關(guān)量和模擬量控制輸出（10）安全處理模塊：報警及特殊狀況處理研究內(nèi)容及實施方案10、軟件功能設(shè)計——PLC部分（1）數(shù)17研究內(nèi)容及實施方案10、軟件功能設(shè)計——上位機部分（1）工藝流程畫面（2）相關(guān)工藝參數(shù)設(shè)定（3）生產(chǎn)作業(yè)單（4）工件物流跟蹤（5）數(shù)據(jù)庫管理（6）曲線記錄及查詢（7）數(shù)據(jù)報表查詢打?。?）報警記錄及查詢（9）網(wǎng)頁遠(yuǎn)程發(fā)布研究內(nèi)容及實施方案10、軟件功能設(shè)計——上位機部分（1）工18技術(shù)指標(biāo)和參數(shù)（1）控制周浸腐蝕試驗箱的溫度并保持溫度的一致性，40～50℃可調(diào)，控制精度±1℃。（2）在6