熱壓罐智能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，開發熱壓罐智能控制系統。通過密集的温度檢測，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、保温、降温、加壓、抽真空等，全流程智能控制，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;智能控制系統;温度檢測;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。隨着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，開發新型的智能型熱壓罐是必要的。

2智能控制系統組成

2.1工藝流程

打開罐門將磨具放入到位，門關好後，旋轉到位，鎖上安全閥，根據用户設置工作方式，自動啟動風機與水冷系統，自動升温、升壓，真空環境下保温、保壓至一定時間，完成產品加工；降温、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）温度控制方式。用户根據不同的材料處理工藝設定：温度控制目標，温升速率、保温時間、目標限值，實現温度自動處理。2）壓力控制方式。用户根據不同的材料處理工藝設定：壓力控制目標，壓力變化率、關聯温度、關聯時間、目標限值，實現壓力自動處理。3）真空控制方式。用户根據不同的材料處理工藝設定：是否啟用真空控制，關聯温度、關聯時間等，完成真空處理。

2.3工藝設備組成

熱壓罐的主要工藝設備有：空氣泵2台、冷卻水泵2台、供水泵2台、主風機1台，電加熱器2台，抽真空電動閥24台，其他閥門若干，熱壓罐門為液壓站控制。

3智能控制系統實現

3.1自控系統硬件組成

熱壓罐智能控制系統的電氣系統按工藝要求，配置低壓控制櫃2台、PLC櫃1台。熱壓罐內佈置熱電偶24支，用於檢測罐內温度，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

生成模擬工藝温度曲線，計算工藝執行温度曲線，計算罐內平均温度，計算最大、最小温度；根據工藝要求、用户設定及計算出的曲線，自動控制設備運行，讀取智能管理軟件給出的事故處理方法並執行，實現系統可靠、安全運行。

3.3系統軟件功能

智能管理軟件應用西門子WINCC軟件及VB編程，應用ODBC連接ACCESS數據庫，系統採用B/S架構,完成以下功能：1）讀取PLC數據完成實時數據記錄，實現智能系統的數據記憶；記錄事故處理系統恢復方法。2）系統故障時，讀取數據庫，取事故發生前10min與發生後5min的相關數據，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、班次累計數據。4）系統通過WEB發佈功能的遠程監控與維護功能。5）實時曲線與模擬曲線的'跟隨功能。6）用户工藝參數設定，系統啟停控制，工藝數據查詢、定製，人員登錄、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、集成電源、輸入和輸出電路、內置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。選擇真彩色觸摸屏作為HMI，用於顯示各電氣設備的運行狀況、報警部位指示，顯示故障診斷信息，顯示温度、壓力及生產數據累計等工藝參數；用於用户控制方式、工藝參數設定，完成設備的手、自動起停控制。系統配置交換機1台，用於PLC與上級數據庫的數據傳輸與交換，實現1台掃描儀完成多種功能，節約成本。系統示意圖如圖1所示。

3.5設備操作方案

1）在低壓控制櫃櫃門上設置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摸屏控制。本地控制模式下，選擇手動方式，通過櫃門的操作按鈕分別起動、停止相應設備，相應指示燈指示設備起、停狀態；自動方式下，在觸摸屏和服務器端又可以選擇遠程與就地操作。此時選擇就地時通過觸摸屏實現控制，選擇遠程時由服務器端操作。WEB服務只允許瀏覽，除非是工程師權限。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置了急停按鈕，用於緊急情況下的故障停車處理，按下急停所有設備停止運轉。3）觸摸屏安裝在PLC櫃櫃門上，美觀整潔，操作安全方便。4）櫃門操作與觸摸屏畫面操作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）該系統通過遠程雲端可以實現對系統的遠程操作，並完成遠程維護，節約運行維護成本。

4結語

熱壓罐智能控制系統現處於調試階段，等待用户驗收，尚未投入正常生產應用中。調試過程中上述設想的功能均能實現，能夠實現自動按用户設定參數運行，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。