智能儀表2604在真空爐溫度控制系統(tǒng)上的應(yīng)用＊

何龍祥，尹承錕，叢培武

（北京機(jī)電研究所，北京 100083）

真空爐已經(jīng)廣泛應(yīng)用于熱處理工業(yè)生產(chǎn)中[1]，其中溫度控制已成為工業(yè)生產(chǎn)以及科研活動(dòng)的一個(gè)很重要的環(huán)節(jié)，能否對(duì)溫度精確控制關(guān)系到工件質(zhì)量的好壞。由于控制對(duì)象的多樣性和復(fù)雜性，導(dǎo)致采用的溫控手段的多樣性。在真空熱處理爐的溫度控制系統(tǒng)中[2]，通過溫度這一控制參數(shù)，通過傳感器轉(zhuǎn)換成一定的信號(hào)，再與預(yù)先設(shè)定的值進(jìn)行比較，把比較得到的差值信號(hào)，經(jīng)過一定的規(guī)律計(jì)算后，得到相應(yīng)的控制值，此時(shí)將控制量送給控制系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的控制，而且不停地進(jìn)行上述處理，從而達(dá)到系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)的目的。

1 歐陸溫控儀2604簡(jiǎn)介

歐陸溫控儀2604，是一種模塊化的可自由組態(tài)、高精度（控溫精度±0.1%）、高性能的溫度控制器[3]。它可以實(shí)現(xiàn)單、雙或三回路的控制。每個(gè)回路具有獨(dú)立的PID，各回路之間可以相互關(guān)聯(lián)，進(jìn)行各種復(fù)雜的控制。2604具有兩行7段數(shù)碼顯示，用于過程值和設(shè)定值的顯示。并且還有一個(gè)液晶用于用戶定義的信息顯示。其擁有以下優(yōu)點(diǎn)[4]：①程序給定器可以存儲(chǔ)50個(gè)程序，每個(gè)程序可以編輯100段，一條運(yùn)行曲線可以控制3個(gè)回路；②軟硬件采用模塊化結(jié)構(gòu)，各模塊間可以通過內(nèi)部軟連接自由組合，實(shí)現(xiàn)各種控制功能；③每一條程序可以產(chǎn)生多個(gè)事件輸出；④具備iTοοls軟件與儀表的通信、配置功能?？販貎x表如圖1所示。

2 2604控溫儀表在真空爐上的應(yīng)用

2.1 2604控溫儀表的配置：進(jìn)入Config配置等級(jí)

配置熱電偶如圖2所示。

2．1．1 回路通道配置利用iTools軟件進(jìn)行內(nèi)部連線

iTοοls軟件如圖3所示。儀表回路內(nèi)部連線如圖4所示。

圖1 控溫儀表

圖2 配置熱電偶

圖3 iTοοls 軟件

圖4 儀表回路內(nèi)部連線圖

2．1．2 數(shù)字 IO 通道

D1 tο D7 and Cοm可以分別配置利用2604儀表的iTοοls軟件進(jìn)行連線，如圖5所示。

圖5 數(shù)字IO通道

2．1．3 2604儀表的PID功能模塊的配置

2604儀表可以設(shè)置6組PID參數(shù)，可以分成6個(gè)溫區(qū)，在運(yùn)行中自動(dòng)調(diào)取不同溫區(qū)的PID參數(shù)進(jìn)行溫度穩(wěn)定控制。PID的設(shè)置如圖6所示。

圖6 PID功能模塊配置

2．1．4 2604 儀表通訊模塊的配置

2604儀表有兩個(gè)位置可以插入數(shù)字通信模塊（H插槽和J插槽），可以同時(shí)使用兩個(gè)模塊。一個(gè)模塊用于主、從表之間的通訊，另一個(gè)模塊用于與PC機(jī)的控制連接。一般選用MODBUS通訊協(xié)議，多臺(tái)控制器之間使用RS485通訊標(biāo)準(zhǔn)，與PC機(jī)之間使用RS232通訊標(biāo)準(zhǔn)。

2．1．5 2604儀表工藝曲線編程及事件輸出

2604儀表工藝曲線編程如圖7所示。多事件輸出點(diǎn)設(shè)置如圖8所示。

圖7 2604儀表工藝曲線編程

圖8 多事件輸出點(diǎn)設(shè)置

2.2 2604儀表在真空爐控溫系統(tǒng)中溫度補(bǔ)償

2．2．1 2604 補(bǔ)償值的調(diào)整要求

控溫儀表允許的最大調(diào)整值如表1所示。

表1 控溫儀表允許的最大調(diào)整值

調(diào)整補(bǔ)償值的原則[5]：由于爐膛控溫偶與爐溫均勻性測(cè)溫偶存在位置上的差距，當(dāng)測(cè)量溫度偏差值均向同一個(gè)方向偏離，并超出規(guī)定的溫度均勻性范圍，可以通過調(diào)整溫度控制儀表的補(bǔ)償值而得以糾正，但調(diào)整值不得超過表1的規(guī)定。且對(duì)于使用了補(bǔ)償值的溫度范圍，在此后的熱處理生產(chǎn)過程中補(bǔ)償值應(yīng)保持不變。

2．2．2 2604儀表進(jìn)行補(bǔ)償值調(diào)整的方法

單點(diǎn)補(bǔ)償調(diào)整如圖9所示。

2604儀表進(jìn)行不同溫區(qū)多點(diǎn)補(bǔ)償值調(diào)整，首先需要激活多溫區(qū)多點(diǎn)補(bǔ)償功能，具體方法如圖10所示。

圖9 單點(diǎn)補(bǔ)償調(diào)整

圖10 多點(diǎn)補(bǔ)償功能的激活

設(shè)置多溫區(qū)補(bǔ)償點(diǎn)的溫度，對(duì)各個(gè)溫度區(qū)比例的設(shè)定，如圖11所示。

圖11 多溫度點(diǎn)補(bǔ)償

3 控溫儀表與上位機(jī)觸摸屏在真空爐上的應(yīng)用

上位機(jī)人機(jī)操作界面如圖12所示。

圖12 上位機(jī)人機(jī)操作界面圖

本溫度控制系統(tǒng)采用閉環(huán)溫度控制系統(tǒng)[6]，由2604控溫儀表、熱電偶、調(diào)功器變壓器、加熱體組成。歐陸控溫儀2604與觸摸屏的通訊是成功實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控的基礎(chǔ)，通過標(biāo)準(zhǔn)的Mοdbus通訊協(xié)議[7-8]實(shí)現(xiàn)主從設(shè)備間的應(yīng)答過程來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸交換；在本系統(tǒng)中，主設(shè)備為觸摸屏，而從設(shè)備為溫控儀。軟件將請(qǐng)求以數(shù)據(jù)幀的形式[9]發(fā)送溫控儀，溫控儀則自動(dòng)回復(fù)請(qǐng)求，昆侖通態(tài)軟件只要讀取所收到的回復(fù)幀的內(nèi)容就可以獲取數(shù)據(jù)了。

3.1 歐陸控溫表在昆侖通態(tài)軟件中的設(shè)置

2604表在觸摸屏軟件里的設(shè)置如圖13所示。

圖13 2604表在觸摸屏軟件里的設(shè)置

3.2 設(shè)置觸摸屏與2604儀表數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)地址鏈接

觸摸屏與2604內(nèi)數(shù)據(jù)鏈接如圖14所示。

圖14 觸摸屏與2604內(nèi)數(shù)據(jù)鏈接圖

3.3 觸摸屏軟件中運(yùn)行策略及運(yùn)行界面

觸摸軟件中的運(yùn)行策略如圖15所示。軟件中曲線編輯畫面如圖16所示?？販厍€運(yùn)行畫面如圖17所示。

圖15 軟件中的運(yùn)行策略

在圖16、圖17中，系統(tǒng)可通過觸摸屏信接口與2604溫控表進(jìn)行通信，直接將操作界面設(shè)定的參數(shù)寫入溫控表里，完成溫控表中溫度、時(shí)間和事件的設(shè)定，可以對(duì)溫控表的工藝參數(shù)進(jìn)行修改并以工藝名稱為文件名存入觸摸屏系統(tǒng)，并直觀顯示工藝曲線圖，對(duì)新編曲線進(jìn)行預(yù)覽，以防止錯(cuò)誤輸入。在日后需要此工藝的時(shí)候可以從觸摸屏配方系統(tǒng)中調(diào)出工藝并直接寫入溫控表里，以免重復(fù)地工作。

溫控曲線是對(duì)溫控表進(jìn)行啟停操作以及預(yù)覽設(shè)定曲線、畫實(shí)時(shí)曲線的畫面。本畫面顯示了與工藝有關(guān)的具體參數(shù)數(shù)值，如設(shè)定溫度、實(shí)時(shí)溫度、功率輸出百分比、段剩余時(shí)間、程序總剩余時(shí)間、當(dāng)前運(yùn)行的段號(hào)，以及運(yùn)行的程序號(hào)，對(duì)工藝執(zhí)行的狀態(tài)一目了然。

圖16 軟件中曲線編輯畫面

圖17 控溫曲線運(yùn)行畫面

4 結(jié)論

2604控溫儀表在真空爐上的應(yīng)用具有如下優(yōu)勢(shì)：①采用2604數(shù)字式顯示調(diào)節(jié)儀表對(duì)爐溫進(jìn)行自動(dòng)控制，線路簡(jiǎn)單、抗干擾能力強(qiáng)、控制精度高、自動(dòng)化程度高、運(yùn)行速度快、不用人工干預(yù)，自動(dòng)完成整個(gè)工藝過程。②控制性能高，發(fā)揮了PLC功能強(qiáng)大、可靠性高、使用方便、維護(hù)容易、抗干擾能力極強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。③有效地避免了誤操作和人為事故，對(duì)各種異常狀態(tài)進(jìn)行分析記錄，并提供操作指導(dǎo)。同時(shí)，很大程度上改善了勞動(dòng)條件。④現(xiàn)場(chǎng)總線使系統(tǒng)更為數(shù)字化，在提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院蜏?zhǔn)確性的同時(shí)，也使系統(tǒng)的開放性和可操作性大大加強(qiáng)。⑤采用HMI后，大大簡(jiǎn)化了控制系統(tǒng)以及溫度和時(shí)間的設(shè)定。完全可視化的解決方案，自動(dòng)化程度提升，保證了設(shè)備的運(yùn)行效率，節(jié)約了人力。