2022年2022年可编程控制器在热处理炉方面的应用 .pdf

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1、文章编号:100221639(2001)0620044203可编程控制器在热处理炉方面的应用吕静茹(西安电炉研究所第一研究室,陕西 西安710061)摘要:论述了PL C在大型真空钎焊炉上的应用情况。指出采用计算机温控仪及可编程控制器后,整个控制集成度和自动化程度都较高。关键词:PLC;梯形图;真空热处理炉中图分类号:TM 924.6文献标识码:BApplication of PLCin Hea t Trea tm ent FurnaceLUJ ing2ru1前言随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展,可编程控制器因其具有功能完备、可靠性高、使用灵活方便等显著优点,成为工业及各个领域发展最快、应

2、用最广的控制装置。其功能远远超出逻辑控制、顺序控制的范围,故称为可编程控制器。事实上,可编程控制器是一种以微处理器为基础、带有指令存储器和输入输出接口、综合了微电子、自动控制、通信技术的新一代工业控制装置。目前,PLC功能日益增强,可进行模拟量、位置控制,特别是远程通讯功能的实现,易于实现柔性加工和制造系统,使得 PLC 如虎添翼。无怪乎有人将PLC 称为现代工业控制的三大支柱(即 PLC、机器人、CADCAM)之一。PLC 已广泛应用于冶金、矿山、机械、轻工等领域,为工业自动化提供了有利的工具。2PLC 的结构和工作原理2.1PLC 的结构PLC 采用典型的计算机结构,主要包括CPU、RAM

3、、ROM 和输入输出接口电路等。其内部采用总线结构,进行数据和指令的传输。如果将 PLC 看作一个系统,该系统由输入变量PLC输出变量组成,外部的各种开关、模拟、传感器检测的各种信号均作为PLC 的输入变量,它们经PLC 外部输入端子输入到内部寄存器中,经 PLC 内部逻辑运算或其他各种运算处理后送到输出端子,它们是 PLC 的输出变量。由这些输出变量对外围设备进行各种控制。另外,PLC 上还配有和各种外围设备连接的接口,均用插座引出到外壳上,可配接编程器、打印机、录音机以及A D、D A、串行通信模块等,可以十分方便地用电缆进行连接。2.2PLC的工作原理PLC 虽具有微机的许多特点,但它的

4、工作方式却与微机有很大不同。微机一般采用等待命令的工作方式,如常见的键盘扫描方式或I O扫描方式,有键按下或I O 动作,则转入相应的子程序,无键按下,则继续扫描。PLC则采用循环扫描工作方式。在 PLC 中,用户程序按先后顺序存放。CPU 从第一条指令开始执行,直至遇到结束符后又返回第一条。如此周而复始不断循环。每一个循环称为一个扫描周期。一个扫描周期大致可分为I O 刷新和执行指令两个阶段。所谓I O刷新即对PLC的输入进行一次读取,将输入端各变量的状态,重新读入内部寄存器,同时,将新的运算结果送到输出端。这实际是将存放输入、输出状态的寄存器内部进行一次更新,故称为“I O刷新”。由此可见

5、,若输入变量在I O刷新期间状态发生变化,则本次扫描期间输出端也会相应地发生变化,或者说输出对输入产生了响应。反之,若在本次I O 刷新之后,输入变量才发生变化,则本次扫描输出不变,即不响应,而要到下一次扫描期间输出才会产生响应。由于 PLC 采用循环扫描的工作方式,所以它的输出对输入的响应速度要受扫描周期的影响。扫描周期的长短主要取决于这几个因素:一是PLC 执行指令的速度,二是每条指令占用的时间,三是指令条件的多少,即程序的长短。44加热设备工业加热2001年第6期?1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights re

6、served.名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 3 页 -采用循环扫描的工作方式,是 PLC 区别于微机和其他控制设备的最大特点。2.3PLC 的特点(1)抗干扰能力强和可靠性高。采用下列措施可提高可靠性:输入输出均采用光电隔离,提高了抗干扰能力;主机的输入电源和输出电源均可相互独立,减少了电源间干扰;采用循环扫描工作方式,提高抗干扰能力;内部采用“监视器”电路,以保证 PLC 可靠工作;采用密封、防尘、抗震的外壳封装及内部结构,可适应恶劣环境。(2)采用模块化组合式结构,使系统构成十分灵活,可根据需要任意组合,易于维修,易于实现分散式控制。(3)编程语言简单易学,

7、便于普及。(4)可进行在线修改,柔性好。2.4PLC 的编程指令是使可编程控制器完成某项操作的命令,是人机交流的语言约定。PLC的编程语言有语句表语言和梯形图语言两种。其中梯形图在形式上沿袭了传统控制图,但简化了符号,而且还加进了许多功能强而又使用灵活的指令,将微机的特点结合进去,使编程容易,而实现的功能却大大超过传统控制图,是目前用的最多的 PLC 语言。3PLC 在热处理炉方面的应用PLC 在热处理炉方面的应用也非常广泛,现仅以用于生产火箭喷嘴不锈钢钎焊的大型真空钎焊炉为例,叙述 PLC 在电气控制上的应用。3.1主要技术参数炉膛有效尺寸mm:1 8002 700真空度Pa:炉膛:1.33

8、1022、产品夹层:6.71023压升率Pa?h21:6.71021额定温度:1 320炉温均匀度:5炉温稳定度:1加热功率kW:840控温方式:微机程序控制、P ID 调节操作方式:自动、手动3.2控制系统(1)系统组成控制系统由温度控制和低压控制两大部分组成。整套控制系统以一台可编程控制器为中心,完成自动和手动操作。其输入端接收手动操作按钮信号及各种开关、限位信号,由 PLC 控制程序运行,通过输出端直接控制接触器、中间继电器、电磁阀、信号灯等,实现对温控系统、真空系统、传动系统、水路气路系统及报警系统的控制。温度控制系统采用4台 818P4 微处理温度控制仪,按产品工艺曲线控制炉体升温、

9、保温、降温过程。温度控制仪表的运行、等待、停止都由PLC 自动控制,使得整套控制系统实现了全自动化。模拟屏用于显示各机械部分运行情况、炉体运行状态及故障部位指示。用 2 台宽量程真空计分别测量和控制炉体与旋转大轴的内部真空度。(2)温度控制系统组成:加热区分 4 区控温,每区 210 kW,总功率840 kW,由 1 台温度控制柜实现控制。主回路包括自动空气开关、磁性调压器;控制回路由欧陆818P4微处理温度控制仪、TY21 移相触发器、BH25 过电流保护继电器及励磁直流回路等组成。原理:由于炉膛有效加热区较大,并且炉温稳定度、炉温均匀度都要求很高,因此在设计中一方面选择了功能比较强、并可程

10、序控制加热曲线的欧陆818P4 做温控仪表。另一方面,为确保炉温稳定度,将 4 台 818P4 设计成遥控控制形式。采用该种遥控控制形式,一则使各区升温、保温、降温能够按曲线同步进行,二则使操作非常简单。虽然 4 区都按同一工艺曲线控制各区加热,但由于818P4内部程序控制器和调节环节是相互独立的,因此每区的加热功率控制是独立的,各有自身的P I D调节环节。每区按采集的不同信号,与同一设定值相比较后进行各自的PI D 运算,并输出 010 mA 的直流控制信号至移相触发器,用来控制励磁电压,从而调节磁性调压器的输出功率,达到温度闭环控制。主控单元在运行加热工艺曲线过程中,同时按设 定 要 求

11、 输 出 不 同 温 度 的 状 态 信 号,并 传 送 至PLC,由 PLC 按生产工艺程序要求控制炉体充气、风机启停等。4 台欧陆表的运行状态,是通过仪表后部,利用仪表本身具有的Run Ho ld 功能由可编程控制器控制,从而实现了自动加热控制,使得温控系54加热设备工业加热2001年第6期?1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 3 页 -统自动化、程序化。功能:该温控系统可设定、存储四种不同的加热工艺曲线,并可随时调出执行,并且

12、具有自适应、自调谐及输出功率限制等功能。可实现超温报警、电流电压指示、主回路通电断电控制与指示、温度记录及过电流报警与保护等。(3)低压控制系统组成:低压控制系统采用一台OM RON 公司生产的带扩展机板的C200H 中型可编程控制器,加上必要的操作按钮、熔断器、热继电器、接触器等组成整套低压控制系统。C200H 系统为模块式结构。由基板、CPU 单元、存储器单元、输入输出单元、扩展单元、编程器等构成。该系统输入为160 点,直流 24V 开关量输入;输出为 72 点,用继电器输出方式,内存为 8KRAM,带电池保护;编程方式为梯形图编程。C200H 内部可使用的定时计数器 512 个,内部辅

13、助继电器3 536个,保持继电器1 600 个,能够满足工艺所需编制程序的需要。程序编制:按生产工艺流程,需要分别画出自动和手动控制的梯形图,根据梯形图编写自动与手动控制程序。由于该系统控制对象较多,动作比较复杂,自动化程度高,因而在编程方面就要求采用合理有效的编程方式。在编程技巧方面采用了手动自动混合编程方式,整个控制程序分为自动程序、手动程序及自动手动共同程序。用跳步指令实现程序转换。当输入 00001 接通时,执行自动控制程序,而手动控制程序被封锁;反之,当 00002 接通时,就执行手动控制程序,此时自动控制程序被封锁。这样可有效防止手动、自动控制程序之间的干扰和互串影响。采用共同程序

14、可简化编程的复杂程度,减小程序的长度。三部分程序可分别进行调试,其相互之间互不干扰,为程序的调试带来了方便。4结论(1)采用计算机温控仪及可编程控制器后,使得整套控制系统达到了国内外真空炉控制的先进水平。整个操作可实现全自动化,控制集成度较高,自动化程度高。(2)由于 PLC 与温控仪内部都为大规模集成电路,性能稳定,灵敏度高,使得设备可靠运行得以保证。因为 PLC 可直接驱动接触器动作,所以省略了大量中间继电器,消除时常由于中间继电器带来的故障。通过模拟屏可观察到设备和各机械部分的运动状态及各种故障指示,为操作者准确操作,随时掌握设备的运行情况提供了极大的方便。(3)采用 PLC 控制系统后

15、,控制柜内部接线变得非常简单,给维修工作带来极大便利。因为 PLC为模块结构,如果个别输入、输出模块损坏,经检查排除故障后,只要自行拆除更换新的模块,即可投入再次运行。同时,如控制回路需更改,只要修改软件即可,无须改动接线方式,解决了传统继电器控制线路更改复杂,工作量较大的问题。(4)控制系统调试工作也变得简单、容易。调试时,技术人员只要观察PLC各输入端指示灯是否点亮,就可知道有无操作信号输入PLC。同样观察输出的指示灯信号,就可判定输出线路的通断情况。(5)采用 PLC与计算机温度控制系统后,虽然价格比较高,但设备的故障率降低,维修费用也相对减少,因此带来的经济效益,可补偿设备的一次投资,

16、从长远角度说是经济的。(6)在本电气控制系统基础上,增加一台CRT监控装置再与温控仪、可编程控制器进行数据通讯,从而集中管理整套设备的运行,则该控制系统将更加完善、完美。W Z 002801坩埚式铝连续熔化兼保温炉 工业加热,2000,V o l37,N o.2,4754(日)鉴于节能、环境保护、高品质熔炼的需要,最近,日本坩埚筑炉公司使用石墨坩埚开发了铝连续熔炼兼保温炉。介绍了该炉的研究开发、设备构成、炉体结构、特点与试用结果。给出了炉子的技术参数与结构示意图。陈留根摘W Z 002802烧结 2热等静压炉的现状与动向工业加热,1999,V o l36,N o.6,2328(日)所谓烧结 2

17、热等静压炉是在真空烧结炉的基础上附加热等静压加工功能的真空热压设备。详细地介绍了上述烧结2热等静压真空炉的结构、特点、热加工工艺过程及其优越性。对高压气体有关事项、安全法规等作了说明。扼要阐述了该炉的发展动向。照1图2陈留根摘W Z 002803采用蓄热式辐射管烧嘴的真空炉的开发工业加热,1999,V ol36,No.5,1724(日)最近,日本在高效率蓄热式辐射管烧嘴的基础上研制开发了新型节能烧嘴,确立了烧嘴与炉体的密封技术,成功地开发了燃气辐射管式真空热处理炉。概述了采用上述辐射管烧嘴的真空热处理炉的结构、特点与技术参数。着重介绍了上述烧嘴的结构、性能、燃烧流程、炉内温度分布的均匀性与环保状况。照3图8表3陈留根摘64加热设备工业加热2001年第6期?1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 3 页 -