熱壓罐智能控制系統(tǒng)的開發(fā)

楊蘭萍

（山東鑫峰工程設計有限公司，山東 濟南250014）

1 前言

熱壓罐是一端封閉、另一端開門的圓柱體，用于材料的壓實與熱處理。隨著科學技術(shù)的日益發(fā)展，對產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來越高，傳統(tǒng)的人工處理已不能滿足生產(chǎn)需要。為了滿足不同材料的不同工藝的要求，便于生產(chǎn)應用，開發(fā)新型的智能型熱壓罐是必要的。

2 智能控制系統(tǒng)組成

2.1 工藝流程

打開罐門將磨具放入到位，門關(guān)好后，旋轉(zhuǎn)到位，鎖上安全閥，根據(jù)用戶設置工作方式，自動啟動風機與水冷系統(tǒng)，自動升溫、升壓，真空環(huán)境下保溫、保壓至一定時間，完成產(chǎn)品加工；降溫、降壓、釋放真空，直至停止風機與加熱器，開罐門取出磨具工件。處理過程完成，系統(tǒng)結(jié)束單次自動流程等待下一次工作申請。

2.2 工作方式

1）溫度控制方式。用戶根據(jù)不同的材料處理工藝設定：溫度控制目標，溫升速率、保溫時間、目標限值，實現(xiàn)溫度自動處理。

2）壓力控制方式。用戶根據(jù)不同的材料處理工藝設定：壓力控制目標，壓力變化率、關(guān)聯(lián)溫度、關(guān)聯(lián)時間、目標限值，實現(xiàn)壓力自動處理。

3）真空控制方式。用戶根據(jù)不同的材料處理工藝設定：是否啟用真空控制，關(guān)聯(lián)溫度、關(guān)聯(lián)時間等，完成真空處理。

2.3 工藝設備組成

熱壓罐的主要工藝設備有：空氣泵2臺、冷卻水泵2臺、供水泵2臺、主風機1臺，電加熱器2臺，抽真空電動閥24臺，其他閥門若干，熱壓罐門為液壓站控制。

3 智能控制系統(tǒng)實現(xiàn)

3.1 自控系統(tǒng)硬件組成

熱壓罐智能控制系統(tǒng)的電氣系統(tǒng)按工藝要求，配置低壓控制柜2臺、PLC柜1臺。熱壓罐內(nèi)布置熱電偶24支，用于檢測罐內(nèi)溫度，配置壓力檢測變送器檢測罐內(nèi)、管外壓力、真空壓力，檢測真空度。

3.2 電控系統(tǒng)方案

生成模擬工藝溫度曲線，計算工藝執(zhí)行溫度曲線，計算罐內(nèi)平均溫度，計算最大、最小溫度；根據(jù)工藝要求、用戶設定及計算出的曲線，自動控制設備運行，讀取智能管理軟件給出的事故處理方法并執(zhí)行，實現(xiàn)系統(tǒng)可靠、安全運行。

3.3 系統(tǒng)軟件功能

智能管理軟件應用西門子WINCC軟件及VB編程，應用ODBC連接ACCESS數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)采用B/S架構(gòu),完成以下功能：1）讀取PLC數(shù)據(jù)完成實時數(shù)據(jù)記錄，實現(xiàn)智能系統(tǒng)的數(shù)據(jù)記憶；記錄事故處理系統(tǒng)恢復方法。2）系統(tǒng)故障時，讀取數(shù)據(jù)庫，取事故發(fā)生前10 min與發(fā)生后5 min的相關(guān)數(shù)據(jù)，診斷事故成因，完成事故追憶功能。3）實時顯示系統(tǒng)狀態(tài)、歷史曲線、實時曲線、模擬曲線、故障報警列表、班次累計數(shù)據(jù)。4）系統(tǒng)通過WEB發(fā)布功能的遠程監(jiān)控與維護功能。5）實時曲線與模擬曲線的跟隨功能。6）用戶工藝參數(shù)設定，系統(tǒng)啟停控制，工藝數(shù)據(jù)查詢、定制，人員登錄、操作記錄等功能。

3.4 自動控制系統(tǒng)方案

控制系統(tǒng)的主控制器選擇西門子Smart200系列PLC，該PLC的CPU將微處理器、集成電源、輸入和輸出電路、內(nèi)置PROFINET、高速運動控制I/O以及模板模擬量輸入組合到一個設計緊湊的外殼中，安全可靠，經(jīng)濟可行。

選擇真彩色觸摸屏作為HMI，用于顯示各電氣設備的運行狀況、報警部位指示，顯示故障診斷信息，顯示溫度、壓力及生產(chǎn)數(shù)據(jù)累計等工藝參數(shù)；用于用戶控制方式、工藝參數(shù)設定，完成設備的手、自動起停控制。

系統(tǒng)配置交換機1臺，用于PLC與上級數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)傳輸與交換，實現(xiàn)1臺掃描儀完成多種功能，節(jié)約成本。系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

圖1 自動控制系統(tǒng)配置

3.5 設備操作方案

1）在低壓控制柜柜門上設置2個轉(zhuǎn)換開關(guān)，一個用于切換手動控制與自動控制方式，；另一個用于選擇本地控制與觸摸屏控制。本地控制模式下，選擇手動方式，通過柜門的操作按鈕分別起動、停止相應設備，相應指示燈指示設備起、停狀態(tài)；自動方式下，在觸摸屏和服務器端又可以選擇遠程與就地操作。此時選擇就地時通過觸摸屏實現(xiàn)控制，選擇遠程時由服務器端操作。WEB服務只允許瀏覽，除非是工程師權(quán)限。按操作畫面啟動按鈕，系統(tǒng)自動順序啟動；停止按鈕，系統(tǒng)退出自動工藝流程，等待指令。

2）低壓控制柜柜門上還設置了急停按鈕，用于緊急情況下的故障停車處理，按下急停所有設備停止運轉(zhuǎn)。

3）觸摸屏安裝在PLC柜柜門上，美觀整潔，操作安全方便。

4）柜門操作與觸摸屏畫面操作2種操作方式互相獨立，互為備用，為系統(tǒng)提供可靠性保障。

5）該系統(tǒng)通過遠程云端可以實現(xiàn)對系統(tǒng)的遠程操作，并完成遠程維護，節(jié)約運行維護成本。

4 結(jié)語

熱壓罐智能控制系統(tǒng)現(xiàn)處于調(diào)試階段，等待用戶驗收，尚未投入正常生產(chǎn)應用中。調(diào)試過程中上述設想的功能均能實現(xiàn)，能夠?qū)崿F(xiàn)自動按用戶設定參數(shù)運行，模擬曲線與實時曲線跟隨重合度高，滯后不超過5 s，符合工藝生產(chǎn)要求。