前言：本站為你精心整理了真空熱處理生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計探究范文，希望能為你的創(chuàng)作提供參考價值，我們的客服老師可以幫助你提供個性化的參考范文，歡迎咨詢。

摘要：目前，國內(nèi)真空熱處理自動化程度不高，工人的勞動強度大，生產(chǎn)效率低下。為解決這個問題，分析了真空熱處理生產(chǎn)線的工藝流程及其構(gòu)成，設(shè)計了基于一臺真空淬火爐、一臺清洗機、一臺深冷設(shè)備、一臺回火爐以及物料運送料車的生產(chǎn)線控制系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上編制了生產(chǎn)線的控制方案，采用多臺PLC及組態(tài)軟件控制，設(shè)備間通過TCP/IP通訊實現(xiàn)生產(chǎn)線的總體控制，并在客戶現(xiàn)場完成整套系統(tǒng)的搭建。采用現(xiàn)場測試的方法驗證了生產(chǎn)線料車定位的可靠性，并經(jīng)過了長時間的現(xiàn)場試運行，滿足生產(chǎn)線功能要求。

關(guān)鍵詞：真空熱處理；生產(chǎn)線；PLC；多工藝；現(xiàn)場測試

現(xiàn)有機械加工產(chǎn)品大多數(shù)需要進行多種熱處理以提升其性能，由于其單一處理時間長且過程時間有嚴格要求，傳統(tǒng)熱處理生產(chǎn)線多為連續(xù)式，將多種工藝按順序自動完成。但真空熱處理由于其較高的加熱環(huán)境需求，導(dǎo)致其自動化程度不高，工人的勞動強度大，生產(chǎn)效率較低[1]。為了提高工件生產(chǎn)的自動化水平，改善生產(chǎn)線工作環(huán)境，構(gòu)建了由真空淬火爐、清洗機、深冷設(shè)備、回火爐和自動上、下料臺組成的柔性化生產(chǎn)線，同時利用自動運送裝置完成各設(shè)備間的物料轉(zhuǎn)送，生產(chǎn)線依靠計算機管理，并將多種生產(chǎn)模式結(jié)合起來，從而減少生產(chǎn)成本，做到物盡其用，以滿足企業(yè)的實際生產(chǎn)要求[2-4]。

1加工對象描述以及工序

文中所設(shè)計的生產(chǎn)線主要針對高精軸承套圈，針對不同尺寸、材料，需求不同的熱處理工藝，是一種典型的具有多品種生產(chǎn)特征的產(chǎn)品，該類產(chǎn)品熱處理流程類似，主要包括清洗、淬火、深冷、回火。具體流程如圖1所示。

2生產(chǎn)線整體布局

軸承熱護理生產(chǎn)線如圖2所示，共6臺設(shè)備，成一字型布置，自下至上分別為淬火爐、清洗機、深冷設(shè)備、回火爐、自動上下料臺以及料車。物料由料車在各個設(shè)備中運送，要求能實時顯示設(shè)備的實時溫度、運行狀態(tài)，并記錄溫度曲線，設(shè)置傳輸工藝曲線參數(shù)，工藝結(jié)束提示，設(shè)備異常報警，緊急故障處理（加熱過程中停電時，自動開啟應(yīng)急冷卻水閥,保證設(shè)備安全）。為提升熱處理效率，熱處理過程可自動完成，操作工僅需要負責(zé)上下料操作，其他可自動按照設(shè)定工藝完成。

3控制系統(tǒng)的設(shè)計

3.1硬件設(shè)計

生產(chǎn)線硬件系統(tǒng)采用集散操控系統(tǒng)[5]，其結(jié)構(gòu)如圖3所示，生產(chǎn)線除料臺外所有設(shè)備均采用以PLC與組態(tài)軟件為基礎(chǔ)的控制方案，其中每臺設(shè)備都具有獨立的PLC與組態(tài)軟件，通過RS232串口進行通信，各臺設(shè)備互聯(lián)，可實現(xiàn)生產(chǎn)線的自動化生產(chǎn)。同時由于各臺設(shè)備采用獨立PLC及上位機，在非自動狀態(tài)下也可實現(xiàn)單臺設(shè)備的獨立運行[6]。生產(chǎn)線整體檢測傳感器采用非接觸型和接觸型配合使用。其中料臺以及料車上都裝有多個非接觸型傳感器，用于判斷物料以及料車的位置，并配合裝有接觸型傳感器來判斷送料機構(gòu)的位置；淬火爐等設(shè)備多采用接近開關(guān)來判斷動作位置[7-8]。

3.2軟件設(shè)計

生產(chǎn)線運行方式分為自動運行和手動運行。在手動運行條件下，各單臺設(shè)備有各自的自動工藝和手動工藝程序，可實現(xiàn)單一設(shè)備、單一步驟的手動控制操作。自動運行方式則是按照順序控制方法，在開始前由上位機輸入當前工藝要求，通過將需要參數(shù)傳至相應(yīng)設(shè)備，判斷可否進行自動運行，在無報警的情況下，開始自動工藝后可按照設(shè)定順序執(zhí)行所需工藝。為實現(xiàn)手動運行和自動運行的要求，各個控制系統(tǒng)的PLC程序采用模塊化結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，分別各自有自動部分程序以及手動部分程序。系統(tǒng)上電時，啟動初始化操作，系統(tǒng)進入主循環(huán)。其中主程序負責(zé)對各個子程序信號點監(jiān)控、對工藝設(shè)置以及報警點更新。子程序模塊是主循環(huán)程序處理判斷符合條件時調(diào)用的程序塊，主要為各種工藝模式下的系統(tǒng)運行。以料車為例，未運行時，PLC掃描主程序主要為各個爐體狀態(tài)以及外部命令狀態(tài)。當某設(shè)備需要取或送料時，觸發(fā)行走子程序，并驅(qū)動電機運行移動至相應(yīng)設(shè)備，到位后行走子程序結(jié)束并觸發(fā)送或取料子程序進行送或取料，完成后送取料子程序結(jié)束并觸發(fā)行走子程序。使用這種方式可以有效節(jié)省程序掃描時間，提高系統(tǒng)處理效率[9-12]。3.3生產(chǎn)線通訊的實現(xiàn)生產(chǎn)線采用多臺PLC可編程控制器控制，其最終各設(shè)備通信示意圖如圖5所示。通過TCP/IP連接各臺設(shè)備組態(tài)軟件，再經(jīng)由組態(tài)軟件通過RS232與PLC設(shè)備通信，從而實現(xiàn)生產(chǎn)線的自動控制以及各臺設(shè)備的信息交互匯總。其中，由于料車需要匯集所有設(shè)備的當前狀態(tài)，進一步判斷并執(zhí)行相應(yīng)動作，因此選用料車上觸摸屏作為服務(wù)器接收所有設(shè)備狀態(tài)，并將設(shè)備所需信號傳至相應(yīng)設(shè)備。最終全部的生產(chǎn)過程信息由服務(wù)器TCP/IP傳輸至工控機的組態(tài)王軟件進行匯總和記錄，可實現(xiàn)系統(tǒng)工作狀態(tài)監(jiān)控、手動操作控制、生產(chǎn)加工參數(shù)設(shè)置、故障查詢、運行日志查詢等功能[13-16]。按照生產(chǎn)線的布局規(guī)劃，最終實現(xiàn)的真空熱處理生產(chǎn)線如圖6所示。

4可靠性檢驗

由于生產(chǎn)線由不同廠家的多臺設(shè)備構(gòu)成，而并非連續(xù)性生產(chǎn)線，因此需要料車在多臺設(shè)備中進行中轉(zhuǎn)送料，這就要求料車送料精準有效，不能偏離送料導(dǎo)軌，否則會導(dǎo)致設(shè)備撞擊移位或損壞。為保證定位的準確，定位信號采用接近開關(guān)配合長條形定位塊，PLC內(nèi)部根據(jù)料車移動方向按照不同時間延時進行剎車停止，實現(xiàn)料車導(dǎo)軌和設(shè)備導(dǎo)軌的準確對接[17-18]。料車定位原理如圖7所示。為驗證此方法的可靠性，以清洗機為試驗位置，分別從左側(cè)和右側(cè)接近對接20次，利用游標卡尺測量料車和設(shè)備固定位置距離，所得數(shù)據(jù)如表1所示。由表1可知，料車由左側(cè)接近所測得的距離范圍為[120,121.6]，均值為120.73mm；從右側(cè)接近所測得的距離范圍為[121.9,123.5]，均值為122.79mm。左右兩側(cè)所測得均值的差值，是由于控制料車到位減速剎車的PLC定時器是有極限的，項目所選用的歐姆龍系列PLC定時器最小時間為100ms，導(dǎo)致料車左行、右行都無法精準地停在同一個點上。根據(jù)料車左右兩側(cè)接近所測得的范圍可以看出其最大定位誤差在4mm以下，可以滿足設(shè)備對于定位送料的要求[19-20]。

5結(jié)束語

設(shè)計的真空熱處理自動生產(chǎn)線采用一臺真空淬火爐、一臺清洗機、一臺深冷設(shè)備、一臺回火爐以及物料運送料車實現(xiàn)了設(shè)備的自動上下料、整條生產(chǎn)線加工過程的自動運行和在線監(jiān)控。經(jīng)現(xiàn)場測試其可靠性以及客戶現(xiàn)場的試運行表明，該生產(chǎn)線能夠滿足用戶的自動化生產(chǎn)要求，提高了工件的加工效率。

作者:楊廣文 王赫 尹承錕 單位:北京機電研究所有限公司