應用背景
針對航空航天的特殊環(huán)境和高可靠性的要求，為生產(chǎn)出高品質和高性能的產(chǎn)品，應在真空條件下進行釬焊和熱處理，真空車間中主要包括真空釬焊、真空淬火和真空退火。最為核心的設備是真空爐，控制的關鍵是真空度和溫度參數(shù)。
對于投產(chǎn)已十幾年的真空車間，設備明顯老化，真空度和溫度控制的有關性能指標已不能滿足需要，傳統(tǒng)的手動控制系統(tǒng)嚴重地制約了真空釬焊和真空熱處理的品質和工作效率，為此在挖掘已有設備潛力的基礎上，引入自動控制系統(tǒng)勢在必行。
由于PLC具有可靠性高和抗干擾能力強等特點，適用于復雜的順序控制場合，結合真空釬焊工作流程和用戶的實際需要，在本系統(tǒng)中，以PLC作為真空爐電氣控制系統(tǒng)的核心，實現(xiàn)基本的控制目標。為進一步實現(xiàn)真空釬焊、真空淬火和真空退火的有效監(jiān)控，充分發(fā)揮集中管理和分散控制等先進技術的應用，在真空車間中引入真空爐監(jiān)控系統(tǒng)。
方案設計
主要設備選型
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系統(tǒng) |
類型 |
廠家 |
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硬件 |
工控機 |
北京宏國興勝工控機及工業(yè)液晶顯示屏 |
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PLC |
ORMON CP1E |
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溫控儀表 |
島電FP21 |
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記錄儀 |
瑞典過程 SR5000 |
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軟件 |
組態(tài)軟件 |
紫金橋監(jiān)控組態(tài)軟件 |
PLC設計
采用ORMON CP1E系列PLC，支持多路開關量輸入輸出。
通過PLC程序控制爐門的直線開關和旋轉開關，實現(xiàn)對抽真空、加熱、爐門開關、臺車進出等系統(tǒng)的控制。
利用梯形圖編程實現(xiàn)PLC控制和上位機控制兩種方案，上位機能夠通過觸發(fā)PLC中的信號控制真空爐的各種閥門狀態(tài)。PLC負責完成互鎖控制，保障安全運行。
溫控儀表設計
島電溫控儀表自帶溫度控制功能，可以預置多條溫度控制曲線，并根據(jù)情況選擇具體的曲線號。溫控儀表根據(jù)溫控曲線設定參數(shù)，進行不同時段的PID調節(jié)，發(fā)出控制信號，通過調整電爐絲的功率，實現(xiàn)對爐溫的自動控制。另外，程序運行、停止、跳步、保持等，都可以通過對應的參數(shù)調節(jié)控制。
上位機設計
采用紫金橋監(jiān)控組態(tài)軟件，完成真空爐上位機系統(tǒng)的監(jiān)控功能。紫金橋軟件采用C++開發(fā)，各種通訊接口成熟完善，數(shù)據(jù)處理功能強大，通訊速度快，可靠性高；軟件簡單易用，功能模塊化，易于開發(fā)和維護。
詳細功能
用戶登錄：
系統(tǒng)采用權限認證的管理方式，不同級別的用戶，登錄后操作權限會不同。能夠有效的保證系統(tǒng)的正常運行和操作規(guī)范，避免“誤操作”和“未知用戶”帶來的運行風險。
操作界面
真空爐的重要操作和控制均在此界面完成。
輸出控制：具備權限的用戶，可以通過按鈕來控制真空爐的各種狀態(tài)，控制抽真空、加熱、爐門開關、臺車進出等，控制狀態(tài)能夠及時反饋，按鈕會根據(jù)不同的狀態(tài)顯示不同的顏色。
報警顯示：重要參數(shù)出現(xiàn)異常報警時，報警指示燈會點亮。
溫度和真空度顯示：包括上中下三區(qū)的溫度、9個測點的溫度值和真空度，以實時值和實時曲線的方式顯示。
溫控儀表操作：提供程序運行/停止，保持，跳步，手動輸出等功能，能夠實時顯示儀表輸出百分比，在“手動輸出”模式下，該百分比可以任意控制調節(jié)。
工藝配置
完成溫控表的各個參數(shù)配置及操作控制。
參數(shù)配置：當前調節(jié)的曲線號、結束步、起始溫度都可以設置，每一步的溫度、時間以及PID參數(shù)都可以按照預定的方案設置。
運行控制：能夠控制程序運行/結束、程序保持、程序跳步和自整定功能。
趨勢曲線
提供真空度、上中下三區(qū)的溫度、1-9個測點溫度的實時/歷史曲線，能夠任意指定查詢的起始時間和時間范圍，方便分析某一段時間范圍內的真空爐運行情況，曲線支持打印，以便歸檔備份。
報警
提供關鍵參數(shù)的報警功能，實現(xiàn)實時報警的即時顯示和歷史報警的回溯查詢。可以設置報警提示的優(yōu)先級，提供【報警確認】功能，方便事件認定。報警信息同樣支持打印功能。
安全管理
系統(tǒng)提供周密的安全管理功能。只有系統(tǒng)管理員才可以打開【用戶信息配置】界面。此界面提供如下功能：
增加用戶：新建系統(tǒng)登錄用戶，能夠指定用戶名、密碼、姓名、用戶級別和用戶時限等參數(shù)，其中用戶級別可以根據(jù)需要設置。
修改用戶：修改所選用戶的各項參數(shù)。
刪除用戶：從系統(tǒng)中刪除該用戶。
以上操作均只有管理員才具備權限。
總結
在真空爐控制系統(tǒng)中引入自動控制，不僅提升了真空釬焊的焊接質量和工作效果，也提高了系統(tǒng)的經(jīng)濟效率，實現(xiàn)了系統(tǒng)的節(jié)能與可持續(xù)發(fā)展。
經(jīng)過多個真空爐實際應用的驗證,該系統(tǒng)性能穩(wěn)定,控制準確,界面友好,提高了真空冶煉作業(yè)的自動化程度,降低了操作者的勞動強度,可推廣應用到大型真空冶煉設備中。
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