自动硅油充灌装置的研制

沈阳仪表科学研究院有限公司 王 鹏 叶 挺 徐长武

天津华能杨柳青热电有限责任公司 张祖辉

沈阳仪表科学研究院有限公司 高立生 刘 筝 周 枫 蒋伯华 郭志勇

主要阐述了结合实际应用的基于西门子PLC和昆仑通泰触摸屏控制的自动硅油充灌装置。详细介绍了装置的设计原理、系统的上位机及下位机的功能。该装置主要用于压阻传感器芯体及其他传感器的硅油充灌需求。

压阻传感器是工业自动化控制领域中的一种重要的测量器件，为了保护传感器的敏感元件，被测介质与敏感元件是不接触的，传感器芯体充灌硅油既起到保护敏感元件的作用，又起到隔离和传递压力的作用。

充灌硅油装置是传感器生产工艺中的重要环节，传统的手动充硅油装置主要靠人工控制，手动对硅油进行处理、手动对传感器充灌硅油，操作人员很难判定当前充油工艺进行到的状态，如果设备出现故障也很难判断故障信息。同时时间、真空度、温度等重要的参数也由人为操作引起误差影响充油效果。

为了解决手动装置存在的问题对装置进行改进。

1 设计原理

整个装置是由PLC系统、触摸屏系统、传感器、电磁阀等执行机构组成，将整个硅油充灌工艺设计在人机界面上，增加人机交互功能同时规范充油工艺使装置的自动化程度更高，各个重要的工艺参数控制更加准确。装置主要由冷却机组、充油机组、处理油机组三部分构成。控制系统构成如图1所示。

图1 控制系统

1.1 冷却机组设计

冷却机组主要是提供冷却循坏水，在真空工作室照明时以及高真空状态下硅油蒸发点降低，蒸发的硅油对扩散泵造成污染，减少设备的运行寿命，增加维修次数。水冷机组会使蒸发的硅油液化，减少流入到扩散泵的硅油量。在冷却水管添加水压表、对循环冷却水的状态进行监测，将水流状态与扩散泵在程序中联锁，这样对扩散泵进行有效的保护，可提高设备的运行寿命、降低扩散泵污染后的维修次数。

1.2 处理油机组设计

处理油机组主要作用是对待充的硅油进行真空、加热、搅拌、冷却等工艺处理，使硅油达到可用于充进传感器的状态。在设计中我们采用PLC控制‘机械泵1#’及‘处理阀’对处理罐抽真空，真空达到设定值后，打开‘上油阀’将硅油吸入到处理灌中，接着控制‘搅拌泵’搅拌、启动‘加热棒’加热这一环节有效的处理油中的杂质，最后关闭‘加热’，冷却处理好的硅油。这一工艺中温度控制需要达到±1℃，我们采用岛电温控表进行控温。

处理油机组的控制中PLC与真空计及温控表进行MODBUS通信读取真空计真空度、控制温度，阀门和泵等利用I/O控制。

1.3 充油机组设计

主要作用是对充油真空工作室进行高低真空处理、使工作室处于工艺要求的真空度。在设计中控制‘机械泵2#’、‘粗抽阀’、‘前级阀’、对工作室进行低真空操作，真空工作室的真空度达到设定值后关闭‘粗抽阀’关闭，预热‘扩散泵’30min后，打开‘主阀’对工作室进行高真空操作，真空度达到设定值关闭‘主阀’3S后打开‘充油阀’，对工作室内待充油的传感器芯体进行充油，这一过程中可调节照明灯管进行观察充油的状态。

充油机组中的控制PLC与真空计进行MODBUS通信读取真空计真空度，阀门和泵等利用I/O控制。

2.4.5 不同文化程度的医务人员院感知识认知正确率比较分析 比较分析不同文化程度医务人员院感知识认知正确率发现差异有统计学意义（P＜0.05），随着文化程度的提高，医务人员院感知识认知正确率逐渐增高，见表4。

2 硬件图纸设计

PLC在自动硅油充灌装置主要是利用I/O直接控制泵、阀，通过通信采集控制真空计及控制温控表，来完成装置的自动化控制。在设计中各个阀门及泵等具备手动控制、同时也具备自动控制，PLC地址分配及硬件接线图如图2所示。

图2 硬件接线图

3 软件设计

3.1 组态软件设计

采用昆仑通态触摸屏作为人机界面，实现数据的采集及存储。在触摸屏编程软件MCGS pro中根据触摸屏自带的200Smart驱动关联PLC的相关变量，利用脚本语言编制脚本，实现装置的工艺流程画面。通过人机交互实现对装置状态的监控、数据的采集、诊断故障信息。

触摸屏设计了主画面、参数画面、充油工艺画面、处理油工艺画面、历史报警画面五个画面，各个画面具备通信状态显示、时间显示等功能。

主画面为系统进入的初始化界面，显示总体的工艺流程及设备的运行信息具备切换到任意画面的功能。主画面如图3所示。

图3 主画面

处理油工艺画面显示处理油工艺流程及设备的运行状态，显示已经设定的加热温度、加热时间、处理罐真空度等工艺参数。

充油工艺画面显示充油工艺流程及设备的运行状态，显示设定的打开主阀真空度、启动扩散泵真空度等工艺参数信息以及各个阀之间的切换时间等。

参数界面主要显示整体装置的运行参数及权限设定，具备相应的权限才可修改运行参数。

报警界面显示设备的故障信息、显示出现故障的时间及解除故障的时间、具备历史查询的功能。

3.2 PLC程序设计

PLC的编程软件为STEP 7-MicroWIN SMART，采用LAD作为程序的编程语言实现系统初始化，自动控制及通信控制，在自动控制中可分别调用充油工艺程序、处理油工艺程序来实现装置的控制过程。

（1）初始化程序主要实现首次上电时参数的初始化。

（2）自动程序，设定好相应的参数后，启动自动运行按钮，装置会根据工艺自动执行处理油工艺和充油工艺。

（3）通信程序，通信程序采用ModBus RTU协议对下位机仪表进行温度、真空度采集、温度控制。

ModBus RTU协议PLC中的设置主要是调用MBUS_CTRL及MBUS_MSG指令进行数据的读取及写入。MBUS_CTRL通信初始化指令如图4所示，MBUS_MSG通信读写指令如图5所示。

图4 初始化指令

图5 读写指令

ModBus RTU协议温控表及真空计参数设置需要与PLC保持一致，下位机的地址不可重复、设置与PLC相同的校验位、波特率及停止位等，温控表设置如图6所示。

图6 温控表通信参数设置

基于PLC控制的自动硅油充灌装置，在设计调试完成后，应用中取得了良好的效果、可视化的操作设计更加人性化、可根据不同的要求调整参数，自动控制的充油工艺及处理油工艺控制更加准确减少了人力、物力。