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IⅣⅣ4.2.3硬件連接和配置說明在退火爐控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計中,正確的硬件連接和配置是確保系統(tǒng)正常運行的關(guān)鍵部分。將PLC(可編程邏輯控制器)與退火爐控制系統(tǒng)的各個組件進(jìn)行連接。將PLC的輸入和輸出模塊與相應(yīng)的控制設(shè)備連接,以實現(xiàn)與退火爐、字形燈以及電源的連接。確保連接線路正確,牢固可靠,以防止電路故障和斷開。配置PLC的輸入和輸出點。根據(jù)系統(tǒng)的需求,將輸入點分配給電源的接通和關(guān)斷,以及其他傳感器或開關(guān)輸入。將輸出點分配給18輸出和4個字形燈,確保每個設(shè)備都有對應(yīng)的輸出點。對于電源方面,連接退火爐漏磁變壓器,確保其正常工作并提供所需的電壓。調(diào)整變壓器的參數(shù),以滿足退火爐的電壓和電流要求。安裝保護(hù)裝置,如保險絲和繼電器,以防止電路過載和短路。此外,為了便于維護(hù)和故障排除,建議標(biāo)記每個連接點和設(shè)備,并編寫詳細(xì)的硬件連接圖和配置文檔。進(jìn)行硬件連接和配置的測試和調(diào)試。確保所有連接正確,設(shè)備正常工作。通過對系統(tǒng)的功能進(jìn)行測試,驗證硬件配置是否滿足設(shè)計要求。4.2.4電路控制設(shè)計控制電路是變頻器的智能部分,負(fù)責(zé)監(jiān)測和控制電動機(jī)的運行狀態(tài),以及根據(jù)用戶輸入的指令來調(diào)整輸出頻率和電壓。主要構(gòu)成部分如下:運算電路:運算電路執(zhí)行控制算法,將電機(jī)的轉(zhuǎn)速、扭矩等外界參數(shù)與電機(jī)實際工作情況下的電流、電壓等探測到的信息相對比,求取變頻器的控制信號,從而實現(xiàn)對電機(jī)的控制。電壓/電流檢測電路:這些電路用于監(jiān)測主電路中的電流和電壓,以確保電動機(jī)和變頻器在正常工作范圍內(nèi)。驅(qū)動電路:驅(qū)動電路負(fù)責(zé)控制主電路中的半導(dǎo)體開關(guān)器件,以根據(jù)運算電路生成的控制信號來實現(xiàn)逆變器的操作。速度檢測電路:速度檢測電路通常使用速度傳感器(如編碼器或霍爾傳感器)來監(jiān)測電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。這個信息可以反饋到運算電路中,以實現(xiàn)閉環(huán)控制,確保電動機(jī)按照指令運行。保護(hù)電路:保護(hù)電路用于監(jiān)測主電路和電動機(jī)的狀態(tài),以防止?jié)撛诘墓收虾蛽p壞。這包括過載保護(hù)、過電壓保護(hù)、過電流保護(hù)、過熱保護(hù)等功能。連續(xù)式退火爐控制電機(jī)系統(tǒng)的組成如下圖所示(圖4.3系統(tǒng)原理圖):圖4.3退火爐控制電路圖整個系統(tǒng)由以下組件構(gòu)成:直流電機(jī):包括三個直流電機(jī),每個直流電機(jī)都有一個人工閥門,以便維護(hù)和調(diào)整連續(xù)式退火爐控制電機(jī)電機(jī)。這三個直流電機(jī),分別是冷卻控制電機(jī)、加熱控制電機(jī)、真空泵電機(jī),共同工作來提供熱能、抽真空以及達(dá)到降溫效果。通過調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速,使電動機(jī)達(dá)到無級調(diào)節(jié),從而保證了退火爐。可編程序控制器:退火爐控制系統(tǒng)中的核心部件。PLC通過對各傳感器進(jìn)行檢測,完成相應(yīng)的控制算法,再將相應(yīng)的控制信息傳送給變頻器,從而達(dá)到對直流電機(jī)進(jìn)行智能化的控制。附加部分:包括報警裝置,人機(jī)接口,通信接口等.本設(shè)計提供了一種對設(shè)備工作狀況進(jìn)行監(jiān)控和預(yù)警的功能,屬于作業(yè)環(huán)境中的一種必要功能。該接口為使用者提供了與該系統(tǒng)互動及監(jiān)視的接口。該通信界面可以實現(xiàn)與組態(tài)軟件及其它監(jiān)測設(shè)備之間的通信。5退火爐控制系統(tǒng)軟件設(shè)計5.1總體軟件流程設(shè)計PLC梯形圖是退火爐控制系統(tǒng)中的一種常用軟件編程語言,與繼電器控制電路圖相對應(yīng),用于實現(xiàn)控制功能。在梯形圖中,每個語句被稱為命令語句,類似于匯編語言,可以實現(xiàn)各種控制功能,并操作CPU的指令。PLC梯形圖按照從左到右、從上到下的掃描方式進(jìn)行編寫,上梯級的結(jié)果作為下梯級的條件,使整個梯形圖緊密連接。通過將工程問題分解為多個獨立的小問題,可以使用PLC梯形圖來實現(xiàn)退火爐控制系統(tǒng)的各個功能模塊。根據(jù)上文中所設(shè)計系統(tǒng)的控制要求,整個系統(tǒng)的控制方式主要可以分為兩種控制模式:手動控制方式下的控制模式、自動控制方式下的控制模式。在手動控制方式的控制模式下,整個系統(tǒng)所涉及到的每個部分的電機(jī)都可以獨立被操作,單獨實現(xiàn)其運行和停止;在自動控制方式的控制模式下,系統(tǒng)中所涉及到的每個部分的電機(jī)均按照系統(tǒng)中所要求的一定的順序來實現(xiàn)其運行和停止。如圖5-1所示。手動和自動控制轉(zhuǎn)換的對應(yīng)梯形圖如圖5.1所示。圖5.1控制模式選擇圖5.2梯形圖設(shè)計0001"啟動":="數(shù)據(jù)塊_1".啟動;0002"停止":="數(shù)據(jù)塊_1".停止;0003"一號門開到位":="數(shù)據(jù)塊_1".一號門開到位;0004"一號門關(guān)到位":="數(shù)據(jù)塊_1".一號門關(guān)到位;0005"二號門開到位":="數(shù)據(jù)塊_1".二號門開到位;0006"二號門關(guān)到位":="數(shù)據(jù)塊_1".二號門關(guān)到位;0007"三號門開到位":="數(shù)據(jù)塊_1".三號門開到位;0008"三號門關(guān)到位":="數(shù)據(jù)塊_1".三號門關(guān)到位;0009"四號門開到位":="數(shù)據(jù)塊_1".四號門開到位;0010"四號門關(guān)到位":="數(shù)據(jù)塊_1".四號門關(guān)到位;0011"工件到1號爐室":="數(shù)據(jù)塊_1".工件到1號爐室;0012"工件到2號爐室":="數(shù)據(jù)塊_1".工件到2號爐室;0013"工件到3號爐室":="數(shù)據(jù)塊_1".工件到3號爐室;0014"工件到4號爐室":="數(shù)據(jù)塊_1".工件到4號爐室;在梯形圖設(shè)計中,首先要對預(yù)期結(jié)果由清楚的邏輯,設(shè)計相對應(yīng)的步驟從而緊密銜接每一步程序,退火爐三個爐室設(shè)計思維如圖5.2所示圖5.2設(shè)計邏輯圖(1)打開一號門,開到位后打開傳送帶,本篇程序采用MOVE指令貫通。當(dāng)按下啟動按鈕時,當(dāng)前步由MOVE指令置為1,通過比較指令作為每一道工序的啟動條件,可以看到在之后每一行主程序都是通過比較當(dāng)前值與預(yù)定值的關(guān)系,使得能夠更有條理地編寫程序,每一步都更有邏輯性,如圖5.3所示。圖5.3梯形圖1(2)一號爐門關(guān)到位后,當(dāng)真空度滿足要求后打開二號門,開到位后再次開啟傳送帶。這步程序仍然是通過比較指令作為啟動條件,此時程序的實測溫度為模擬量,通過手動調(diào)節(jié)從而觸發(fā)條件,當(dāng)此條件滿足時則會開啟下一道爐門,并且同時將“數(shù)據(jù)塊_1”的當(dāng)前值加1。此處的邏輯設(shè)定在加熱室和冷卻室都在沿用,相同的程序邏輯也使得程序修改和后期功能增加提供了便利,如圖5.4所示。圖5.4梯形圖2(3)二號爐門關(guān)到位后開啟加熱,加熱到溫度后打開三號以及傳送帶。此段程序為加熱爐室,當(dāng)滿足二號爐門開到位時,Q0.4加熱控制則會被觸發(fā),此時實測溫度將會持續(xù)升高,當(dāng)達(dá)到條件時則會觸發(fā)三號爐門開啟,Q0.4之前的常閉觸點也會切斷加熱爐室的持續(xù)加熱,如圖5.5所示。圖5.5梯形圖36系統(tǒng)仿真6.1PLC測試當(dāng)將編好的程序上傳到PLC后,第一步就是檢查它是否存在錯誤。在正式調(diào)試前要認(rèn)真檢查,確保沒有編譯錯誤,并且修正寫入時出現(xiàn)的錯誤。在程序試運行成功后,此時就可以開始模擬調(diào)試了。在調(diào)試階段,會使用一些模擬設(shè)備來代替真實的設(shè)備(例如電磁閥、接觸器等),這樣可以避免對真實設(shè)備造成損壞。調(diào)試狀態(tài)可以根據(jù)功能表圖,使用開關(guān)或按鈕來模擬實際的反饋信號,例如限位開關(guān)的接通和斷開。對于順序控制程序,需要檢查程序是否按照功能表圖的規(guī)定運行,例如在滿足特定條件時,檢查步驟的狀態(tài)是否正確改變,以及所有前級步驟是否變?yōu)椴换顒訝顟B(tài),所有后續(xù)步驟是否變?yōu)榛顒訝顟B(tài),并確保所有被驅(qū)動的負(fù)載都發(fā)生了相應(yīng)的變化??傊?,最終需要確保程序的運行符合預(yù)期的結(jié)果,并且能夠正常地完成所期望的功能。在調(diào)試過程中,需要全面考慮各種可能的情況,包括系統(tǒng)不同的工作模式、功能表圖中每個分支的選擇序列以及所有可能的進(jìn)展路徑,確保逐一檢查,避免遺漏。一旦發(fā)現(xiàn)問題,應(yīng)及時修改梯形圖和PLC程序,以確保在各種可能情況下輸入量和輸出量之間的關(guān)系完全符合要求圖6.1為實時監(jiān)控并檢測程序是否正常。如果程序中某些定時器或計數(shù)器的設(shè)定值過大,為了縮短調(diào)試時間,可以在調(diào)試期間將它們減小,模擬調(diào)試結(jié)束后再將它們設(shè)置為實際設(shè)定值。圖6.1實時監(jiān)控排錯6.1.1選擇工作模式點擊菜單欄中“PLC”→“運行”或者“PLC”→“停止”也可到相對應(yīng)的PLC模式;點擊位于工具欄中的按鈕“運行”或按鈕“停止”時,也可到相應(yīng)模式下;并且還可以通過手動的去改變位于PLC上的開關(guān)或在程序內(nèi)插入停止指令。當(dāng)PLC處于停止模式時,可利用圖狀態(tài)或程序狀態(tài)查看操作數(shù)的當(dāng)前值,也可以利用圖狀態(tài)或程序狀態(tài)強(qiáng)迫數(shù)值(此操作只在梯形圖和功能塊圖程序狀態(tài)中使用),還可以利用圖狀態(tài)寫入數(shù)值或?qū)懭牒蛷?qiáng)迫輸出,執(zhí)行有限數(shù)目的掃描,通過狀態(tài)圖或程序狀態(tài)查看影響。在停止模式下,雖然能報告操作數(shù)狀態(tài),但PLC無法執(zhí)行用戶程序,達(dá)不到預(yù)期的控制效果。如果想觀察程序狀態(tài)的連續(xù)更新,需將PLC轉(zhuǎn)回運行模式。6.2HMI界面設(shè)置及仿真組態(tài)界面系統(tǒng)包括三個區(qū)域,預(yù)熱區(qū)(真空室)、加熱區(qū)、冷卻區(qū)。系統(tǒng)操作界面如圖6.2。真空度實測以及工件溫度實測位于頂部以便于仿真時進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測。圖6.2設(shè)備操作界面
當(dāng)工件進(jìn)入預(yù)熱區(qū),也就是真空室時,預(yù)熱區(qū)的實測真空值會持續(xù)升高,如圖6.3所示。由于為仿真演示,實際真空室內(nèi)壓強(qiáng)(PA)會急劇變小。由于數(shù)值過大,在此處不做實際設(shè)定數(shù)據(jù)演示,僅供仿真演示。圖6.3預(yù)熱區(qū)加熱(3)當(dāng)工件進(jìn)入加熱區(qū)時,工件進(jìn)行高溫加熱,如圖6.4所示。此處工件溫度實測會隨著第二道爐門的關(guān)閉而持續(xù)增加。并且加熱仿真動畫也會與之聯(lián)動。圖6.4加熱區(qū)6.3仿真結(jié)果詳述此次仿真通過對PLC程序的模擬信號檢測、故障排錯、組態(tài)動畫仿真等步驟進(jìn)行調(diào)試。(1)輸入測試:通過向PLC輸入信號,測試了輸入模塊是否正常工作。在測試中,使用了博圖軟件中的虛擬輸入信號,并觀察了PLCSIM軟件中的輸入狀態(tài),確保輸入信號被正確讀取。(2)輸出測試:通過觀察PLC輸出的信號,測試了輸出模塊是否正常工作。在測試中,編寫了輸出指令,并將信號輸出到相應(yīng)的輸出模塊,觀察輸出模塊的狀態(tài)變化,確保輸出信號被正確輸出。(3)數(shù)據(jù)處理測試:通過測試了數(shù)據(jù)處理功能是否正常工作。在測試中,編寫了數(shù)據(jù)運算、比較等指令,并通過觀察PLCSIM軟件中的數(shù)據(jù)狀態(tài),確保數(shù)據(jù)處理結(jié)果正確。通過以上測試發(fā)現(xiàn),PLC仿真操作的結(jié)果能夠達(dá)到預(yù)期的控制效果。PLC的輸入、輸出、數(shù)據(jù)處理等模塊都能夠正常工作,數(shù)據(jù)處理功能也能夠正確處理數(shù)據(jù)。7總結(jié)與展望本文針對基于PLC的退火爐控制系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)行了詳細(xì)研究。首先,分析了退火爐的功能和工作流程,確定了控制系統(tǒng)的需求。然后,設(shè)計了基于PLC的硬件電路連接和輸入輸出模塊,編寫了相應(yīng)的程序?qū)崿F(xiàn)退火爐的自動化傳輸和控制邏輯。通過實驗驗證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。研究結(jié)果表明,基于PLC的控制系統(tǒng)能夠有效地提高退火爐的生產(chǎn)效率和質(zhì)量。本文提出的基于PLC的退火爐控制系統(tǒng)設(shè)計取得了一定的成果,但仍存在一些有待改進(jìn)和深入研究的方面。未來的工作可以聚焦于以下幾個方面:1.引入先進(jìn)的控制算法:結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能等先進(jìn)技術(shù),進(jìn)一步改進(jìn)退火爐的控制算法,提高控制系統(tǒng)的智能化水平和自適應(yīng)性。2.優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和組件選型:對系統(tǒng)的硬件電路和組件進(jìn)行優(yōu)化,選擇更加適合退火爐需求的傳感器、執(zhí)行器和通信模塊,提升系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。通過進(jìn)一步研究和改進(jìn),基于PLC的退火爐控制系統(tǒng)設(shè)計可以在工業(yè)自動化領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)更廣泛的應(yīng)用,推動生產(chǎn)效率和質(zhì)量的提升。參考文獻(xiàn)[1]任偉超,朱國明,劉明治,等.立式退火爐低氮控制技術(shù)研究與應(yīng)用[J].軋鋼,2024,41(01):79-80.[2]胡典石.不銹鋼連續(xù)光亮退火爐馬弗管修復(fù)方案探討[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品,2023,(20):61-62.[3]張宏軍,王文博,劉杰,等.真空退火爐軟水冷卻系統(tǒng)改造方案設(shè)計[J].設(shè)備管理與維修,2023,(13):130-131.[4][4]楊明.基于PLC的造幣退火爐控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].東北大學(xué),2013.[5]胡野,姜澤毅,張欣茹,等.基于輻射管內(nèi)外耦合傳熱模擬帶鋼連退過程的溫度均勻性[J].金屬熱處理,2023,48(06):249-250.[6]畢飛,任遠(yuǎn)程.臥式退火爐爐內(nèi)帶鋼硌印缺陷原因分析和控制方法研究[J].中國設(shè)備工程,2023,(S1):173-174.[7]陳靖.連續(xù)退火爐煙氣余熱回收利用節(jié)能系統(tǒng)[J].工業(yè)爐,2023,45(02):61-64.[8]王浩.熱電偶退火爐校準(zhǔn)方法研究[J].品牌與標(biāo)準(zhǔn)化,2023,(02):30-32.[9]劉永俊.基于PLC的退火爐溫度控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計探究[J].中文科技期刊數(shù)據(jù)庫(全文版)工程技術(shù),2022(2):4.[10]馬韜,馬鴻彬,蔣斌,等.鋁合金鑄錠均勻化退火爐選型的工藝分析[J].鋁加工,2022,(05):39-40.[11]魯明祥.基于PLC與歐陸表的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計[J].電子測量技術(shù),2019(1):5.DOI:CNKI:SUN:DZCL.0.2019-01-011.[12]周紅芳,王娟娟.基于S7-300PLC的退火爐控制系統(tǒng)設(shè)計[J].工業(yè)加熱,2021,50(12):51-54.[13]MingiC,JaepilB,MinseokS,etal.NeuralnetworkMPCforheatingsectionofannealingfurnace[J].ExpertSystemsWithApplications,2023,223.[14]JiamingL,LiangbaoJ,XiaoyuL,etal.DifferentCrystallizationBehaviorofAmorphousITOFilmbyRapidInfraredAnnealingandConventionalFurnaceAnnealingTechnology.[J].Materials(Basel,
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