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应用PLC和HMI技术设计国产化的火焰淬火机床系统

日期:2020-01-13 00:28

  为了提高采煤机链轮、刮板机链轮和大型齿轮等产品的淬火质量和效率,同时也为打破德国“贝丁豪斯”公司在国际上对火焰表面加热自动淬火技术的垄断,填补国内火焰自动淬火技术的空白,本文基于西门子可编程控制器(PLC)和人机界面触摸屏(HMI),配套相关的组态软件,通过传感与通信技术,完成了火焰淬火机床系统自动化控制。

  HMI对火焰淬火全过程实现智能化可视操作及实时、历史信息监控。通过试验,达到了淬火硬度要求,加热时间较贝丁豪斯公司的产品缩短了近30%,淬火效率和质量有了很大的提高。

  采煤机链轮、刮板机链轮和超大型齿轮等产品都要进行最后的淬火工艺。目前,国际上仅有德国“贝丁豪斯”公司垄断着火焰表面加热自动淬火技术;而国内主要采用“窖炉式加热工艺”或手工进行产品的最后淬火处理。此类淬火方式能源消耗高、速度慢、工人劳动强度大、淬火硬度不均匀、对用户造成极大的经济损失、对国家造成极大的能源与劳动力的浪费。

  本文主要叙述了基于PLC、HMI的火焰淬火机床的自动化控制和可视触摸操作,对于节省成本,提高淬火效率和质量具有非常关键的作用。在控制系统中,PLC是控制系统的核心,具有逻辑控制的功能,并与计算机数字控制机床(CNC)配合,完成时序控制。HMI是连接人和机器的人机界面,结合PLC使用,通过相应的组态软件设计,可对工件火焰淬火参数进行现场实时填表式设置,还能对淬火装备实现智能化可视操作及实时、历史信息监控,从而实现系统操作控制的自动化、报警和故障诊断等功能。

  火焰淬火机床主要由机体、旋转平台、电器自动控制、淬火液冷却循环系统、火焰枪冷却循环系统、火焰枪手动调整、火焰枪气动快速调整、液压动力控制、自动点火熄火控制、空气动力控制、氧气可燃气

  分配系统等十多种系统部分组成。图1是火焰淬火机床本体图,其上半部分又兼淬火液槽,整个火焰淬火机床系统图还包括电气控制柜、水循环和燃气供气系统等,此处就不一一在本文内容上叙述了。

  机床液压系统采用容积式与叠加阀组成开环系统。液压系统除给机械系统提供动力以外,在升降平台的下降过程中还有缓冲的功能。利用软化水对加工工件进行水冷,冷却液在工作过程是绝对不能停止的,否则在一秒之内火焰枪就会烧穿,其他发热元件在缺水时,寿命也受影响。

  为此,利用水位计检测补水,赌钱游戏!其次在冷却液的上水管中设计水压传感器,当水压低于设定值时设备停机。淬火液的温度变化对淬火质量也有很大的影响。系统设计为:当淬火液温度低于设定值时,外循环冷却系统关闭;反之,外循环冷却系统打开,温度信号由传感器传送到控制系统并在触摸屏上显示。

  电气控制系统的主要要求是:除了能满足全自动化的功能外,还要具有设备监控、在线参数设置、记录、报警、故障诊断等功能,为了满足国内的生产要求,应具有以下功能。

  电气控制系统采用PLC、HMI和CNC联合控制方式。PLC负责设备的逻辑控制,并与CNC配合,完成时序控制;HMI负责设备状态控制监控、工作过程的动态显示,以及零件加工参数的输入、采集和记录等;CNC负责工作台得位置控制机主轴的旋转、定位和升降,同时负责整台机床的工作时序。

  CNC系统选用德国西门子公司的802D,,内置S7-200型PLC,人机界面触摸屏选用国产昆仑通态公司的MCGS嵌入式触摸屏(TPC1062K),图2为电气控制系统图。

  根据火焰淬火自动控制的要求,选用性价比较高的HMI(触摸屏)、PLC及相应组态软件。通过调用组态元器件、启用配方及运用宏指令功能,设计火焰淬火通用性、自动化的HMI界面。结合PLC软件程序设计,完成火焰淬火的自动控制。

  火焰淬火机床的控制室顺序控制,它的工作循环从载荷开始一步步有条不紊按工序的进行,每个工序步执行一些指令使电磁阀动作,用行程开关或压力开关来判断每一工序步是否已经完成。控制中内部的多组复制继电器可记忆系统的这些工作状态。根据控制要求可绘制工件的加工工艺流程图,根据流程图就可进行梯形图编程。

  当梯形图程序编写好后,通过个人计算机用三菱编程软件Gx-Developer进行程序写入,并用仿真软件Gx—Simulator对写入的程序在个人电脑中进行模拟,这样可以对梯形图程序进行监控和调试,当编写的程序不能满足条件时,可返回Gx—Developer对程序进行调整,直至梯形图程序能达到控制要求为止。

  控制系统采用两套独立的控制:手动控制系统和触摸屏控制系统,两套控制系统都可独立完成对工件的淬火全部过程,这样提高了整个控制系统的可靠性特别是MCGS嵌入式触摸屏监控系统,它可以对整个淬火过程通过图画模拟动态显示直观地显示,可以对淬火全过程进行监控报警处理。

  在淬火过程中MCGS自动记录一些淬火参数如淬火加热温度、加热时间、淬火时间等可帮助用户对产品进行技术分析,另外实时温度曲线可方便地让用户直观了解淬火工件表面的变化情况,可更好的保证产品的淬火质量。图3为淬火程序流程图。

  本系统采用的是国产昆仑通态公司的MCGS嵌入式触摸屏(TPC1062K),触摸屏使用SIMATIC PROTOOL Pro v6.0+SP2组态软件编辑,通过PROTOOL提供的多种控制器件库、图形控件、可以组态出各种动态功能和控制功能,以及实现故障的可示化,并且能够读取PLC内部数据,显示现场状态数据。

  根据火焰淬火机床原有的电控系统和操作要求,并考虑MCGS嵌入存储容量和屏幕尺寸,在触摸屏系统中设计了如下6个画面:

  而运行监视包括手动运行监视和自动淬火过程监视。手动运行监视主要用于初次工件安装、工艺调试等,自动运行监视则主要用于正常淬火过程显示:包括工件当前运行位置和速度、工件旋转速度、工件的温度、工件冷却延时以及机床当前运行方式和状态。

  通过人机界面触摸屏可以很清晰的显示整个淬火过程,如图4所示为主控界面图,可以很方便的在主控界面上进行淬火过程的各项操作,通过点击主控界面上最下方的突起小方块,如“用户管理、历史记 录、参数设置和实时曲线等”,可以进入到相应的模块,从而进行相应的操作。

  图5为链轮工件淬火过程参数设置的界面图,在界面上设置相应的氧气、可燃气、淬火时间、淬火温度等参数,便可进行工件链轮的淬火了。图6为链轮工件淬火后的历史数据图,这为调用淬火数据查看提供了很大的方便,也便于工作人员通过淬火数据记录对工件淬火的参数进行必要的休整和改进。

  图7为链轮工件的淬火温度实时曲线图,通过温度曲线图可以形象的显示工件淬火的质量,也为对工件更好的淬火时进行淬火参数设置提供了依据。

  利用PLC和HMI技术实现火焰淬火自动控制,集控制、操作、显示、报警为一体,实现各种工件火焰淬火的自动化和通用性,大大提高了火焰淬火效率和质量。通过对采煤机的链轮进行火焰淬火工艺的应用验证,解决了温度不均匀、淬火硬度不合格、效率低下等难题。

  在实际生产过程当中,此控制系统具备将每个工艺流程参数与已检验合格的标准样件做比对,超差就报警。同时对设备状况实时报警监控,避免超差产品的流出,以及氧气、可燃气压力的超出引起的爆炸等。基于PCL、HMI的火焰淬火机床尤其适合于在大批量工件火焰淬火处理生产中的推广应用。

  (编自《电气技术》,原文标题为“基于PLC、HMI的火焰淬火机床系统的设计”,作者为唐焱、卜庆华 等。)

  (编自《电气技术》,原文标题为“基于PLC、HMI的火焰淬火机床系统的设计”,作者为唐焱、卜庆华 等。)返回搜狐,查看更多

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