热处理设备自动化的研究与应用_图文

1、技 术 创 新 微计算机信息 (测控自动化 2010年第 26卷第 8-1期 控 制 系 统热处理设备自动化的研究与应用Heat treatment equipment automation research and application(1.泰山医学院 ;2. 山东服装学院 赵振杰 1赵 昊 2王 丹 1 ZHAO Zhen-jie ZHAO Hao WANG Dan摘要 :在 现 代 工 业 生 产 中 , 热 处 理 已 经 成 为 保 证 产 品 质 量 、 改 善 加 工 条 件 、 节 约 能 源 和 材 料 的 极 其 重 要 的 一 项 工 艺 措 施 。 这 是 因 为 钢

2、 铁 及 其 他 很 多 合 金 的 优 良 性 能 (高 的 硬 度 、 强 度 、 弹 性 、 耐 磨 性 及 良 好 的 切 削 性 能 , 除 在 冶 金 时 必 须 保 证 一 定 的 化 学 成 分 外 , 往 往 还 要 经 过 热 处 理 才 能 获 得 。 热 处 理 是 强 化 钢 材 , 使 其 发 挥 潜 在 能 力 的 主 要 工 艺 措 施 。 通 常 , 重 要 的 机 器 零 件 大 多 数 都 要 进 行 热 处 理 。 本 文 研 究 了 用 PC 机 和 可 编 程 控 制 器 实 现 热 处 理 设 备 控 制 的 方 法 , 主 要 包 括 :箱 式

3、电 加 热 炉 、 盐 浴 炉 、 渗 碳 炉 等 的 控 制 。 显 然 , 这 不 但 能 提 高 每 台 炉 子 的 自 动 化 水 平 , 充 分 发 挥 单 台 炉 子 的 作 用 , 而 且 , 更 能 加 强 热 处 理 车 间 各 台 炉 子 的 协 同 作 用 , 提 高 生 产 效 率 。关键词 :控制 ; 设备 ; 网络 ; PC 机中图分类号 :TP29文献标识码 :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文章编号 :1008-0570(201008-1-0066-021概述PLC 在很短的时间里得到了迅速的发展 , 它将在工业控制领域发挥越来越大的作用 , 并将成为工业控制领域的主要控制设备 。 尽管使用 PLC 首次投资要大些 , 但从全面及长远看 , 使用PLC 还是经济的 , 特别是

8、随着控制系统的复杂程度的增加 , 使用PLC 不仅出于方便与可靠的需要 , 而且带来的经济效益也是明显的 。 它的可靠性高 、 使用方便的显著特点将使它的适用范围更加广泛 。随着科学技术的发展 , 工业计算机网络得到了广泛的应用 。其主要原因是 :(1工业现场设备数据资源共享的迫切要求 。(2提高可靠性的要求 。(3计算机与通信两者性能价格的变化 。目前 , 我国热处理技术水平与国外工业发达国家相比存在着很大差距 , 而且我国多数企业仍采用普通机油等介质淬火 , 既不安全 , 质量也不稳定 。 因此对热处理设备的改造迫在眉睫 。2系统的总体结构本系统采用 OMRON 公司的 CV500型 、

9、CVM1型 、 C200HW型可编程控制器 、 远程 I/0节点即现场设备 、 触摸屏 NT613C 和PC 机组成了基于三级工业控制网络的监控系统 。 系统的总体结构如图 1所示 。图 1热处理设备控制系统的总体结构本系统采用 OMRON 公司的 CV500型 、 CVM1型 、 C200HW 型可编程控制器 、 远程 I/0节点即现场设备 、 触摸屏 NT613C 和 PC 机组成了基于三级工业控制网络的监控系统 。控制网中的 PC 机和 CV500连接组成以太网级即信息管 理层 。 CVM1和 C200HW 用 CONTROL LINK 线缆相连组成 CONTROL LINK 网 。 C

10、VM1 DRM21和远程 I/O节点相连 , 组 成 Compo Bus/D(即 DEVICE NET 器件网 , 用于控制生产现场的 热处理设备 。上位 PC 计用于显示 、 加工 、 存贮实时采集到的数据 ; 用 VB 设计软件系统用于显示温度 、 加热时间等等 。用串口线连接触摸屏进行程序及画面传输 。 用串口线连接 触摸屏和 PLC 进行通讯 。用串口线连接触摸屏和 PLC 的方法如图 2所示 :赵振杰 :讲师 硕士研究生技 术 创 新控 制 系 统图 2串口线的连接方法示意图NT 与 PLC 相连之后触摸屏自动进入运行状态 。3炉温控制及其控制算法本系统中被控制对象是炉内温度 , 温

11、度经过传感器单元的 转换 , 变成对应当是温度的数字信号 , 送往 PLC 控制器 。 温度至 于设定值比较 , 根据偏差大小 , 按比例积分 (PI调节规律计算出 校正量 。 通过其模拟量 (D/A单元输出控制信号 , 消除温度的偏 差 。 PLC 的输出信号是的电压信号 , 该信号被送往现场的执行机 构 , 让温度达到并稳定在设定之上 。 以渗碳炉为例给出其算法 。1. 控制对象的数学模型渗碳炉实质上是一个电阻加热炉 , 其特殊部分只是增加了 煤油供给及高压风 (450kPa供给装置 , 就温度控制而言 , 它与一 般电阻炉没有什么本质不同 , 只是加热温度曲线如图 3所示 , 分 为三个

12、阶段 :预热 、 渗碳 、 扩散 。 每个阶段中对炉温 、 炉压和 CO 含量均有严格要求 , 并规定了时间间隔 。 温度控制是一个具有自 平衡能力的大惯性环节 , 其数学模型可近似表示为 :其中 K d 放大系数 ;T d 时间常数 ; 纯滞后时间 。图 3渗碳热处理工艺流程示意图由于每一个电阻炉体积 、 结构不相同 , 上述各参数用通过对 实际对象进行实测得到 , 计测量其开环状态下的飞升曲线 。2. 数字控制器 D(z的设计图 4所示为炉温控制系统方框图 。 其中零阶保持器由 D/A构成 , 采样周期为 T 。图 4炉温控制系统方框图炉温控制系统设计的任务归结为设计数字控制器 D(z。

13、根 据对象特性 , 可采用纯滞后是密斯补偿控制或大林算法 , 本系统 采用工程上用的二阶最佳设计法先求模拟控制器 D(s,然后再 利用等效离散化设计方法转换为数字控制器 D(z。 对象中的纯 滞后环节 可由泰勒一阶近似式转换为一阶惯性环节为故对象的数学模型可简化为 在炉温控制中 , 一般满足 T d >>, 故该式是两个时间常数相 差较大的二阶环节 , 根据连续系统二阶工程设计法 , 模拟控制器 D(s应为 PI 调节器 , 其传递函数为若用 D(s的零点抵消 G(s中的大惯性极点 , 即选择 =Td , 根 据二阶工程设计发求得 T i =2kd , 最后得到模拟调节器的结构为式

14、中采用后向差分变换可得数学控制器对应的控制算式为(1式中u(k-数字控制器的输出 ;e(k-数字控制器的输入 , 即偏差信号 。 式 (1即为程序实现的控制算法 。4PLC 控制主程序流程图PLC 应实现对炉温 、碳势的检测 , 并根据工艺要求和碳势进 行控制 , 执行上位机通信要求的操作 , 进行超限报警以及传感器 故障 、 通信失败等告警 。 故 PLC 碳势控制软件主程序流程图如 图 5所示 。图 5PLC 碳势控制软件主程序流程图5上位机监控系统软件设计图 6上位机的应用软件结构框图(下转第 89页 技 术 创 新传 感 器 与 仪 器 仪 表化 , 最终反映在等效噪声反射率上的变化

15、, 如图 4所示 。在本实验中 , 我们看到的是非常典型的情况 , 其中噪声受控 于来自电子元件的加性或偏离 (即 , 随信号变化 噪声 , 并且我们 对于受限于信号的噪声的理想估计较为理想 。 对于亮目标或更 为 “ 富光子 ” 的设计 , 信号噪声更可能会占据首要位置 。 比如 , 如 果我们例子中的目标是 40%的反射体而不是 16%的反射体 , 在 这样的情况下 , 噪声将具有某些随信号变化的特性 (即 , 乘性 。图 4随反射率变化的等效噪声反射率的变化趋势4结束语本文主要阐述了噪声等效反射率的计算模型 。 定量地给出了传感器的各种参数对系统性能的影响 。 可以看到等效噪声反 射率只

16、是一个基本指标 , 对于不同的应用可以设计出不同的特 定指标 , 比如 , 若传感器用于植被叶面积指数 (LAI的测定 , 则可 以将叶面积指数和反射率之间建立关系 , 使用上文阐述的方法 结合实际可以非常容易地模拟出等效噪声 LAI 这一应用指标 , 根据这一指标则可以进行各种应用领域中遥感图像的仿真模 拟 , 并使模拟结果更加精确 。 参考文献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 , 徐抒岩 . 空间遥感相机电子学仿真专家系统 , 2006年 01S 期 , 微计算机信息 .作者简介 :陈宇 (1984-, 男 (汉族 , 江苏省扬州市人 , 中国科学院 遥感应用研究所信号与信息处理在读硕士研究生 。 主要从事传 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 中国科学院遥感应用研究所 陈 宇 顾行发 余 涛徐 辉 马红涛(100101北京 国 家 航 天 局 航 天 遥 感 论 证 中 心 陈 宇 顾 行 发余 涛 徐 辉 马红涛通讯地址 :(100101北京 中国科学院遥感应用研究所 陈 宇(上接第 67页 本软件的运行需要一个稳定的运行环境 , 要求系统软件的安全性 、稳定性好 。 基于模块化设计的思想 , 把本软件的功能分 块设计 , 所以 , 采用了分层分块的软件结构 。 这样模块化设计的程序 , 使程序编写容易 、易于扩展 、 易于维护和调试方便 , 本软件 由系统软件和应用软件构成 。 本课题的上位机软件的应用软件 结构如图 6所示 。上位机系统还包括 :密码管理模块 、 温度曲线绘制模块 、 碳势曲线绘制模块 、报警模块 、 查询窗体 、 质检报告生成模块等等 。 6结论本文通过温度控制以及碳势控制的实现 , 进行了细致的分 析与探讨 , 对其中运用的 PID 算法 , 与前人的应用进行了比较 、 借鉴与改进 , 对算法的实现作了更为细致的分析 。本文研究是在前人研究的基础上进行了丰富 。 经实践证明 , 用微机监控热处理过程提高了产品质量和生产效率 。本文作者创新点 :对温度以及碳势 PID 算法进行了改进 , 并把 PC 机应用于热处理的自动生产过程 , 提高了产品质量和 生