触摸屏和PLC在锻造铝轮毂T6链板式热处理线的应用
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[摘 要]锻造铝轮毂T6链板式加热炉是铝轮毂生产线比较关键的设备，能高效优化铝轮毂特性。该生产线包括热工控制系统和驱动控制系统。本文主要阐述PLC与触摸屏在该控制系统的应用，以及系统的基本原理和控制过程。
[关键词]链板加热炉 plc 编码器 PID控制
中图分类号：TG155 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）11-0014-02
一、T6链板式加热炉概述和基本组成部分
该炉型由固熔炉和时效炉两部分组成，适用于铝及铝合金轮毂热处理，固熔炉工作温度范围500℃～550℃（最高炉温600℃）。时效炉工作温度范围166℃～190℃（最高炉温200℃）。炉子装有输送链传输系统，炉子的上、下料操作采用自动上、下料叉，具有自动操作和手动操作两种功能，炉子生产线由PLC控制，人机界面采用触摸屏操作和监控，适于连续工作；基本组成部分：固熔炉上料叉 ，固熔热处理炉，固熔炉下料叉，淬火池，固熔炉连接时效炉的输送辊道，时效炉上料叉，时效炉热处理炉，时效炉下料叉，加热控制系统及驱动控制系统。
二、控制系统组成部分
8面控制柜安装在配电室内，包括电机控制柜、循环风扇控制柜、PLC控制柜。
固熔入口上料操作台（P01），固熔出口（淬火池）操作台（P02）时效炉入口上料操作台（P03），时效炉出口操作台（P04），燃烧器控制箱；系统配置：西门子MP377触摸屏和S7-400PLC，风机变频器和低压电器，烧嘴控制器，调功器，调节阀，热电偶，ABB变频器，烧嘴控制器IFD258，密封测试模块TC410， 调节阀，S型热电偶。
三、固熔炉和时效炉加热系统
固熔炉加热系统由6支煤气自身预热辐射管加热器组成，通过烧嘴控制箱上的开关和PLC控制其动作。加热共分为6个区。每个加热区的温度由两支单芯的S型热电偶测量，与PLC 的模拟量输入通道相连接，用于温度控制和显示。温度控制系统采用PID控制方案。炉温的最高极限温度是600℃。如果超过炉温的最高极限，系统发出声光报警并切断所有辐射管的加热回路。每次开炉，自动启动密封性测试程序，PLC系统自动检测煤气管道密封性。随着密封测试的顺利完成，可开启主阀并启动烧嘴控制系统。如果密封性能测试不成功，主燃气阀保持关闭状态，加热系统不能启动，并出现报警信号。
固熔炉加热部分设定参数和操作界面如图1。
时效炉加热共分为7个区，1区2区直接利用固熔炉尾气余热加热，采用控制切断阀和废气风机前调节阀的开度，直接将固熔炉的高温废气直接通到时效炉的1区2区。3区至7区采调功器控制加热体加热炉体，。每个加热区的温度由两支单芯的S型热电偶测量，与PLC 的模拟量输入通道相连接，用于温度控制和显示。温度控制系统采用PID控制方案。当实际温度值低于设定温度值，PLC模拟量输出模块输出4-20毫安的信号作为调功器的控制信号，继而调功器输出电压给加热体供电，加热体开始工作，使时效炉炉温上升，当实际温度值升至设定值或高于设定值，PLC模拟量输出模块会根据PID调节结果给出4毫安信号，使得调功器无电压输出。炉温的最高极限温度是180℃，如果超过炉温的最高极限，系统发出声光报警并切断所有辐射管的加热回路。时效炉设定参数和操作界面同固溶炉。
四、固溶炉时效炉连续驱动运行控制系统概述
1、概述
固熔炉上料辊道通过对齐装置将轮毂精确定位后通过料叉将料叉进炉体，炉体根据工艺设定的节拍时间和节拍距离进行移动，固熔炉里最多可以放15组料。如设定的节拍距离是655毫米和设定时间为6分钟，即可进行如下动作，每个节拍运行的距离为655毫米，等主驱电机驱动链板移动655毫米后，主驱动电机停止，等节拍时间到了后才能进行下一个节拍的移动。这样节拍式的移动可以确保每组轮毂在炉内移动的距离和在炉内受热的时间是一样的。等到1组轮毂移到出口处且碰到出口光栅，固熔炉出口料叉将轮毂瞬时运出炉子，确保轮毂在高温的情况下将轮毂放进淬火池进行淬火，等完成设定的淬火时间后料叉提升将轮毂离开淬火池。且完成翻转控水动作后，将轮毂放到输送辊道上，轮毂通过输送辊道进入时效炉的上料台。然后通过时效炉的对齐装置精确定位后通过料叉将轮毂叉进时效炉炉体。时效炉炉体根据工艺设定的节拍时间和节拍距离进行移动，时效炉里最多可以放45组料。驱动运行方式同固熔炉一样。等到料移到出口处且碰到光栅，时效炉出口料叉将轮毂运出炉子。
2、所需硬件配置及功能实现
驱动装置用普通鼠笼式电机直接驱动，如何定位轮毂在炉子的位置呢？针对这个项目我们采用了电机的轴上装有图尔克Ri-08S6S-2F1000-C1M型旋转检测增量型编码器，选用西门子功能模块6ES7-350-2AH00-0AE0读取编码器的数值，通过STEP7软件里的功能程序块FC2，FC3，FC4换算成位置数据，再结合触摸屏设定每个节拍行走的距离和时间，可以控制轮毂在固溶内受热时间，用此方法可以满足铝轮毂在高温处理后达到的性能要求。设定界面和位置程序如图2。
五、操作模式介绍
1、操作模式
操作模式有：自动和手动操作模式。可在固熔炉入口操作台、淬火池操作台、时效炉入口操作台及时效炉出口操作台进行料叉操作模式的选择。
2、自动操作模式
当按下固熔炉入口操作台P01、固熔炉出口操作台P02、时效炉入口操作台P03、时效炉出口操作台“自动”按钮，并没有故障或报警信号时，工作在自动操作模式下，进出炉顺序按设定的步序进行。
固熔炉、时效炉的上料过程：当在自动操作模式下，具备入料条件：1、入口料叉有4个轮毂或小于4个（在触摸屏上选择了小于4时允许上料时），2、剩余的节拍时间大于上料时间，3、炉体的驱动处在停止状态，4、炉门入口处无料时，将自动启动操作程序。生产线转入相应的程序自动操作。固熔炉、时效炉的出料过程：淬火池操作台或时效炉出口操作台选在自动操作模式下，在没有故障的情况下，当料移动到炉体的出料位或保护位时，就能自动执行出料步序。
3、手动操作模式
在手动模式下，操作人员要想操作哪步直接点击步序选择按钮或在触摸屏的相应画面选择想要执行的步，同时按住步序选择和步序释放才可以执行相应的步。
4、急停模式
按下固熔炉入口操作台或淬火池操作台急停按钮；固熔炉上下料辊台传动系统及炉门的所有动作都会停止。按下时效炉入口或出口操作台急停按钮，时效炉上下料辊台驱动系统及炉门的所有动作都会停止。急停解除过程，需要将按下的急停按钮旋到初始位置，并且要到F07柜面板去点击复位按钮，让安全继电器激活才能完成解除急停。所有在急停操作时没有完成的动作必须先手动完成。
在F08柜或P02柜的面板上有天然气切断阀按钮，可以手动切断天然气阀门，如果测漏模块有故障可以在FO8柜装有测漏复位按钮，或者在触摸屏的启炉停炉步序画面或上位机上进行复位。
六、结论
T6链板式加热炉是锻造铝轮毂产线上重要的设备之一，该生产线主要由热工控制系统和驱动控制系统两部分组成。通过PLC来实现系统逻辑功能，触摸屏实现对整个生产线的监控。继而实现了稳定、节能、安全、高效的自动化控制系统。
参考文献
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