整个炉子主要包括:烧结热压炉体、冷却真空室、真空系统、压机及液压控制系统、旋转托盘系统、中频电源及加热系统以及自动控制系统等。
1装料:在整个装料过程中包括料盘升降、旋转及定位等控制过程,其中精确定位尤为重要。考虑到炉体的直径较大,为了保证每个工位的精确定位,采用了由每转1024个脉冲的高精度绝对型旋转编码器、变频器、PLC以及旋转电机构成的旋转定位控制系统。此系统呢能够准确控制定位的精度,保证压制的工件不偏心及上下压面的平行度。旋转编码器的信号经过PLC程序传至HMI,并能在其界面上实时显示工件的实际位置。
抽真空:打开滑阀泵及相关的阀门对其抽真空,当达到一定真空度后可以开启罗茨泵抽真空通过真空计对真空度进行监测,达到工作真空度后可以进行以后的操作。
温度控制:由于本设备的使用温度高达2000℃,所以炉体上设置了两套(远红外及双铂铑)测温传感器,并且与日本岛电的FP21控温表及中频电源构成闭环控制系统,能够实现程序控温。在程序中设置的高低温自动无扰切换功能保证了升温控制的连续性,能够减少由于人为因素造成的差异,满足生产工艺的要求,使产品性能稳定。
参数设置:在对压制工件进行升温期间,可以通过HMI的参数设定界面对压头的压力值进行设定、对热压工艺曲线进行设定等,从而完成热压前的准备工作,如图2所示。根据实际需要,本系统为用户提供了6条压制工艺曲线的设定功能,其中每条工艺曲线可以设定10段压力值及与之相对应的时间间隔。用户可以对工件设定相同或不同的热压曲线,以满足实际工作的要求。
热压:为了保证此系统能准确地控制压头的压力、行程等参数,在系统中配备了压力变送器、速度传感器、光栅尺等传感器,这些传感器经过相应的仪表,将模拟量数据输入到PLC的A/ D模块,经过转换后的数据通过HMI界面能够及时准确的显示出来,如图3所示。通过此界面还能完成工件的手动压力控制或自动压力控制。在要求压制行程较小的情况下,可以采用慢压的方式,保证压力的稳定,使工件内部致密且均匀,工件的合理尺寸;而压制行程较大时,可以采用快压的方式,保证工件塌陷后压头能跟随工件塌陷的速度,从而达到压实的目的。压制后的工件可以通过手动或自动循环换位,进行下一个工件的热压。
冷却及出料:在冷却室安装的测温装置通过FP93控温表能够准确测量最后一个工件的温度,从而可以确定出炉时间。
可见,该系统操作工艺复杂,很难进行手工控制操作,因此需对其进行自动化控制,对该系统的自动化控制主要技术指标如表1.
1. 2控制方案设计该设备的控制系统采用可编程控制器作为控制主单元,实现了操作过程的程序控制及自动保护;在真空系统中,可编程控制器和数显仪表一起实现各种泵阀开关动作的定值或定时控制及必要的连锁保护;在旋转托盘系统中,旋转编码器及控制料盘升降的接近开关通过PLC进行互锁,保证系统的安全性;本系统所有的操作都在触摸屏系统上实现,通过该系统可以使整套设备工作状态以动画的形式模拟显示,同时可以实现各种控制系统在触摸屏上的全方位时时在线测量显示及控制。
上面的框图为整个控制系统的硬件构建方式,此种设计方式简单易行。可编程序控制器(PLC)选用的是松下FP2系列的,此系列的PLC为模块式,可以根据实际的需要进行I/ O开关量、模拟量的扩展,因为其为插件组合方式,所以安装简单方便。此设备工选用的主要模块如下:32点开关输入模块1件,16点开关输入模块1件,32点开关输出模块1件,8通道A/ D模块1件,4通道D/ A模块1件。
人机界面(HMI)为台达10. 4寸真彩触摸屏。HM I与PLC之间通过RS- 232方式进行通讯,根据通讯协议的要求将HM I和PLC设置为相同的波特率、数据位数、停止位数、奇偶校验,从而保证通讯畅通。
A/ D模块将各个仪表或终端设备上的模拟量转换为数字量,通过PLC的运算之后可以在HM I上实时显示相关数据。
D/ A模块将在HM I上设定的参数或PLC程序设定的参数转换为模拟量,发送给需要进行控制的仪表或终端设备,从而完成控制。
PLC上的开关量输入量检测各个接近开关、阀位等信号,以保证PLC中的程序能够实现各种保护及报警功能;PLC上的开关量输出量控制真空泵、电机、阀门等的开启和关闭,保证系统能正常运行。
2软件功能设计2. 1可编程序控制器程序设计PLC的软件采用松下公司提供的FPWIN GR编程开发软件,支持WIN98、WIN 2000/ XP等操作系统,具有灵活易用的编程开发环境。整个系统的控制范围较广,而且变量之间的相互限制较多,为了能更精确地达到控制要求,将程序进行了模块化设计。
编写的数个子程序,简化了整个程序的结构、缩短扫描时间。主程序中包括开关量的实时控制;子程序有:初始化子程序、装卸料子程序、托盘旋转子程序、模拟输入/输出量的转换子程序、压力曲线的设定子程序、电动蝶阀的PID控制子程序、质量流量控制器的测控子程序等。
2. 2人机界面程序设计此系统的控制界面是在由台达人机界面提供的ADP3. 2软件上进行二次开发,根据实际情况的需要共创建了10个界面,包括:主控界面、装卸料界面、真空界面、参数设定、热压界面、历史曲线、报警界面、系统信息等。由于此设备的结构及功能都很复杂,所以将控制功能分解到几个相对独立的简单操作界面中,从而保证了系统工作的清晰准确。而且每个界面之间的切换简单、快捷,使整个控制系统又能环环相扣,不失完整性。
3结束语本文介绍的自动化控制系统经过运行证明:工作平稳可靠,压制的工件能达到工艺要求,且控制精度高,极大的降低了劳动者的劳动强度,具有很好的效果。