熱壓罐智慧控制系統開發研究論文
熱壓罐智慧控制系統開發研究論文
摘要：為了滿足複合材料處理的工藝過程的自動化要求，開發熱壓罐智慧控制系統。透過密集的溫度檢測，合理的壓力測量，結合經濟實用的PLC控制器，完成熱壓罐加熱、保溫、降溫、加壓、抽真空等，全流程智慧控制，減少人工干預，保證材料加工處理的一致性，達到提高產品質量的目的。
關鍵詞：熱壓罐;智慧控制系統;溫度檢測;一致性
1前言
熱壓罐是一端封閉、另一端開門的圓柱體，用於材料的壓實與熱處理。隨著科學技術的日益發展，對產品質量的要求越來越高，傳統的人工處理已不能滿足生產需要。為了滿足不同材料的不同工藝的要求，便於生產應用，開發新型的智慧型熱壓罐是必要的。
2智慧控制系統組成
2.1工藝流程
開啟罐門將磨具放入到位，門關好後，旋轉到位，鎖上安全閥，根據使用者設定工作方式，自動啟動風機與水冷系統，自動升溫、升壓，真空環境下保溫、保壓至一定時間，完成產品加工；降溫、降壓、釋放真空，直至停止風機與加熱器，開罐門取出磨具工件。處理過程完成，系統結束單次自動流程等待下一次工作申請。
2.2工作方式
1）溫度控制方式。使用者根據不同的材料處理工藝設定：溫度控制目標，溫升速率、保溫時間、目標限值，實現溫度自動處理。2）壓力控制方式。使用者根據不同的`材料處理工藝設定：壓力控制目標，壓力變化率、關聯溫度、關聯時間、目標限值，實現壓力自動處理。3）真空控制方式。使用者根據不同的材料處理工藝設定：是否啟用真空控制，關聯溫度、關聯時間等，完成真空處理。
2.3工藝裝置組成
熱壓罐的主要工藝裝置有：空氣泵2臺、冷卻水泵2臺、供水泵2臺、主風機1臺，電加熱器2臺，抽真空電動閥24臺，其他閥門若干，熱壓罐門為液壓站控制。
3智慧控制系統實現
3.1自控系統硬體組成
熱壓罐智慧控制系統的電氣系統按工藝要求，配置低壓控制櫃2臺、PLC櫃1臺。熱壓罐內佈置熱電偶24支，用於檢測罐內溫度，配置壓力檢測變送器檢測罐內、管外壓力、真空壓力，檢測真空度。
3.2電控系統方案
生成模擬工藝溫度曲線，計算工藝執行溫度曲線，計算罐內平均溫度，計算最大、最小溫度；根據工藝要求、使用者設定及計算出的曲線，自動控制裝置執行，讀取智慧管理軟體給出的事故處理方法並執行，實現系統可靠、安全執行。
3.3系統軟體功能
智慧管理軟體應用西門子WINCC軟體及VB程式設計，應用ODBC連線ACCESS資料庫，系統採用B/S架構,完成以下功能：1）讀取PLC資料完成實時資料記錄，實現智慧系統的資料記憶；記錄事故處理系統恢復方法。2）系統故障時，讀取資料庫，取事故發生前10min與發生後5min的相關資料，診斷事故成因，完成事故追憶功能。3）實時顯示系統狀態、歷史曲線、實時曲線、模擬曲線、故障報警列表、班次累計資料。4）系統透過WEB釋出功能的遠端監控與維護功能。5）實時曲線與模擬曲線的跟隨功能。6）使用者工藝引數設定，系統啟停控制，工藝資料查詢、定製，人員登入、操作記錄等功能。
3.4自動控制系統方案
控制系統的主控制器選擇西門子Smart200系列PLC，該PLC的CPU將微處理器、整合電源、輸入和輸出電路、內建PROFINET、高速運動控制I/O以及模板模擬量輸入組合到一個設計緊湊的外殼中，安全可靠，經濟可行。選擇真彩色觸控式螢幕作為HMI，用於顯示各電氣裝置的執行狀況、報警部位指示，顯示故障診斷資訊，顯示溫度、壓力及生產資料累計等工藝引數；用於使用者控制方式、工藝引數設定，完成裝置的手、自動起停控制。系統配置交換機1臺，用於PLC與上級資料庫的資料傳輸與交換，實現1臺掃描器完成多種功能，節約成本。系統示意圖如圖1所示。
3.5裝置操作方案
1）在低壓控制櫃櫃門上設定2個轉換開關，一個用於切換手動控制與自動控制方式，；另一個用於選擇本地控制與觸控式螢幕控制。本地控制模式下，選擇手動方式，透過櫃門的操作按鈕分別起動、停止相應裝置，相應指示燈指示裝置起、停狀態；自動方式下，在觸控式螢幕和伺服器端又可以選擇遠端與就地操作。此時選擇就地時透過觸控式螢幕實現控制，選擇遠端時由伺服器端操作。WEB服務只允許瀏覽，除非是工程師許可權。按操作畫面啟動按鈕，系統自動順序啟動；停止按鈕，系統退出自動工藝流程，等待指令。2）低壓控制櫃櫃門上還設定了急停按鈕，用於緊急情況下的故障停車處理，按下急停所有裝置停止運轉。3）觸控式螢幕安裝在PLC櫃櫃門上，美觀整潔，操作安全方便。4）櫃門操作與觸控式螢幕畫面操作2種操作方式互相獨立，互為備用，為系統提供可靠性保障。5）該系統透過遠端雲端可以實現對系統的遠端操作，並完成遠端維護，節約執行維護成本。
4結語
熱壓罐智慧控制系統現處於除錯階段，等待使用者驗收，尚未投入正常生產應用中。除錯過程中上述設想的功能均能實現，能夠實現自動按使用者設定引數執行，模擬曲線與實時曲線跟隨重合度高，滯後不超過5s，符合工藝生產要求。