西门子PLC400控制系统在辊底式淬火炉中的应用

2014-03-09曹宇轩史宇南

冶金与材料 2014年6期

曹宇轩, 史宇南

(东北轻合金有限责任公司，哈尔滨 150060)

辊底式淬火炉作为金属制造、冶炼、加工过程中重要的使用设备，结合现代化的科学电气管理系统以及合理的控制技术，将有助于提升金属加工过程中的相关产品质量。面对我国市场发展过程中对金属建材资源使用数量的不断上升，有效的完善其制造的产品质量将是重中之重。在进行金属锻造的整体加工过程中，影响金属硬度以及质量的关键步骤是淬火技术的使用，以及在淬火过程中是否达到了相关的要求。只有完善淬火的步骤，对淬火过程进行有效的控制才能保证铝件的制造要求。为了达成这一目的，辊底式淬火炉中引入了西门子公司的PLC400系统来进行精确控制。

1 淬火工艺简介

淬火对金属部件的加工是具有绝对性影响的，由于金属在加工过程中内部的金属原子空间存在一定的缝隙，通过淬火过程，将相关的金属放入高温炉中进行高温锻造，在锻造过程中，相关的技术人员需要不停的对其进行敲打，在此过程中需要确保金属时刻处于高温状态，进而保证其在锻造之后具有合格的质量。

淬火是将工件加热保温后，在水、油或其他无机盐、有机水溶液等淬冷介质中快速冷却。淬火后铝件变硬，同时变脆。为了降低铝件的脆性，将淬火后的铝件处于高于室温而低于650℃的某一适当温度下进行长时间保温，再进行冷却，这种工艺称为回火。淬火、正火、退火、回火是整个热处理中的“四把火”，其中的淬火与回火关系密切，常常配合使用，缺一不可。

2 系统设计

在进行辊底式淬火炉的使用过程中，为了完善其内部对淬火的控制指标，将西门子PLC400控制系统引进该淬火炉的应用过程中，完善对淬火的控制和监管。通过该系统与淬火炉的联合运用，将大大提高产品的成品质量。

2.1 硬件构成

(1)PLC400控制系统中央处理单元采用CPU 414F-3 PN/DP。

(2)现场采集信号站点选用ET200S子站。

(3)人机界面选用DELL公司出产的装有正版win7系统的台式机电脑服务器。

(4)加热器功率控制选用欧璐7300s可控硅控制器。

(5)水泵、循环风机变频器均选用西门子的MICROMASTER_430控制。

(6)上料、下料辊道传输电机变频器均选用西门子的G120控制。

2.2 软件系统

(1)PLC程序

故障处理程序包含在各个程序中，报警内容包括步进超时，材料在炉体内掉料，材料遮挡门前光栅尺，开门超时造成主传动逆转等等。

其他程序包括温度、速度采集程序，温度控制程序和速度控制程序。温度控制算法为西门子公司提供的软件PID模块控制。

(2)程序算法：

当(设定值-温度公差<实际温度)的时候，电阻丝停止加热；

当(设定值+温度公差>实际温度)的时候，电阻丝开始加热。

设定的温度公差是2度。由于炉子是大惯性系统，实际温度控制精度达到了<±3℃。

(3)程序组织结构

组织块OB1是PLC扫描的主程序，整个炉区动作的执行过程有此控制，OB1由用户编程，在OB1中，用户调用自己所编写的控制程序，并且安排自己的程序顺序执行。

OB32中断组织块用于加热器的输出脉冲控制，OB33中断组织块用于实现水泵流量安全性控制，OB34用于炉内温度的PID控制，OB35用于循环风机的温度PID控制。FB501功能块用于辊底炉的自动上料顺序程序控制，FB505功能块用于实现自动出炉的顺序程序控制，FC511用于自动计算炉内实际板料的长度控制，FB511用于实现炉内温度TUS测试功能,FC5功能用于故障报警信息的控制，FC3用于给定温度的计算控制。

(4)上位机监控系统程序

WinCC运行在工控机上，操作系统为正版win7专业版，可实时监控炉内各区的温度数据，实时存储生产工艺参数，模拟铝件在淬火炉中的运行情况，实现温度、速度参数的在线设定与修改，动态显示辊底式淬火炉的温度和速度曲线，并实现历史趋势图的存储和显示，能够实现报警提示信息以及报表打印等功能。

3 系统通讯

PROFIBUS通讯系统有助于完善辊底式淬火炉在进行淬火过程中的整体应用功能，减少不必要的问题出现。作为一种先进的通讯管理系统，在进行淬火过程的控制中，将人为制定的信息有效的传达到各个PROFIBUS站点之中，将有助于该PLC400系统对淬火炉的整体控制。

本系统选用PLC400的中央处理单元和变频器控制单元都具有PROFIBUS接口，在电气柜内安装RS485数据通讯设备，通过RS485中继器的扩展，构成PROFIBUS-DP总线型网络。PLC作为主节点，变频器和ET200S作为子节点，主节点通过PROFIBUS电缆与子节点进行数据传输。

PROFIBUS以ISO/OSI模型为基础，取其物理层和数据链路层。FMS还采用了应用层。DP和FMS使用同样的传输技术：一种是RS485，采用屏蔽双绞线，拓扑结构为总线型，通信速率为9.6kbps，距离为1 200m，通信速率为12Mbps，距离为100m每段最多节点数为32，不支持总线供电和本安；另一种是通过光纤，用于电磁兼容性(EMC)要求高和距离要求远的场合。