304热等静压机程控系统改造

摘要： 本文以一台热等静压机的控制系统为实例，通过分析原控制系统的构成和各部分的功能，给出了其改造或替代方案。 关键词：PLC；KP1000；温控仪；触摸屏 Abstrcat: This article take one themo-equivalence static pressure machine control system as the example, through analyzes the constitution on original control system and each part of functions, produced its transformation or the substitution plan. Keywords: PLC;KP1000;Thermal control instrument;Touchable screen 0 概述 　　自贡硬质合金有限责任公司（以下简称自硬公司）耐磨零件分厂304热等静压机是一套八十年代中期由国外引进的设备，其控制系统由ASEA MP-020可编程控制器（含扩展单元两套）、802KB温度编程器、407数字式温度控制器、带4个设定点的B-2型压力测量系统、ASEA YQNA可控柜触发单元以及Honeywell 131型记录仪构成。 　　该系统因使用时间过长，其温控仪表、PLC、压力检测部分相继出现故障。改造前，该系统已无法正常自动运行，只能靠人工手动控制完成加工作业。这样，不但增加了操作工的劳动强度，同时，顶锤产品的加工质量也无法得到保证。 　　为进一步提高产品质量及劳动生产率，保证正常生产，公司要求在尽可能少的资金投入下，全面恢复原有控制系统的所有功能。 1 程控系统改造方案 　　原控制系统的所有功能均集中在S1~S3三个控制柜上。为节约资金，减少不必要的投入，本次改造将原系统中运行较为稳定的电源柜S1，加热功率控制柜S2予以保留，对S3控制柜进行重新设计，并引入了触摸屏操作界面，使现场工艺及操作更加直观、简单。 控制系统框图如图1所示： 图1 控制系统框图 1.1 PLC控制部分 　　由于设备的最高工作压力达到了70MPa，属于高压容器，加工工艺对安全性要求极高，现场的各种监视信号和报警信号较多。PLC除接受控制盘按钮、开关、温控仪信号、压力信号外，还将处理结果输出给各种电磁阀、继电器、指示灯、报警器等执行元件。同时，PLC还必须与触摸屏通讯，将各种状态信息转送到触摸屏。 为保证系统的安全性及高可靠性，采用两台三菱FX2N-128MR和一台三菱FX2N-48MR代替原有的PLC。三菱FX2N系列PLC是目前较流行的主流产品，该产品可靠性高，质量稳定，编程在Windows环境下进行，方便且易于维护。 1.1. 1 FX2N-128MR的主要技术参数：  基本单元：64点输入/64点继电器输出；  编程语言：逻辑梯形图和指令清单（使用步进梯形图能生成SFC类型程序）；  存储器容量：8000步内置（使用附加寄存器盒可扩展到16000步）；  指令数量：顺序指令27条,步进指令2条,应用指令128条；  运算处理速度：基本指令0.08μS，应用指令1.52至几百μS。 FX2N-48MR的技术参数与FX2N-128MR大致相同，只在输入输出点数上稍有不同。 1.1. 2与原 PLC有关的输入、输出改动情况： 　　⑴为配合温控仪表的工作，新增“启动/停止”按钮一个。当其闭合时，PLC接收上升沿触发输入，发出一输出信号给KP1000温控仪启动程序执行。当其断开时作定值温度运行。增加“复位”按钮一个（常开），按下后清除当前程序，增加“步进”按钮一个（常开），按下后跳至下一个程序段运行。 　　⑵取消原来的两个报警控制器及24V、220V配电，同时PLC所对应的报警输出线拆除。 　　⑶液位控制器改为直接将BL常闭接点接入PLC。 　　⑷报警器直接由PLC输出控制（编程），增加报警解除按钮（常开）、报警测试按钮（常开）各一个。 　　⑸冷却水泵热继电器常开报警接点直接进PLC。 　　⑹PLC用两个输入点接收温控器输出的开关量信号： 　　“温度400℃”状态信号。当温度<400℃时，输出该开关信号； 　　“保温完成”（或进入保温）状态信号：当开始进入某段保温程序（或当某段保温程序完成而转入下一段程序时，输出该开关信号。 　　⑺取消原系统的“手动/自动“按钮上的三个接点（AUT-1、AUT-２、AUT-3）及相应的温控器外部使能开关输入。 　　⑻将三台温控器的HH输出接点与记录仪的高温记录输出接点并联（均为常开），然后送至PLC作保护控制。 　　⑼由于未能订购到带五个设定值输出的压力控制器，故当测量值>100MPa，产生两个动作：  继电器常闭接点断开，模拟>100MPa的动作。  继电器常开接点闭合，模拟>105MPa的动作。 1.2温控部分 　　用先进的人工自智能调节仪KP1000代替407控制器、802SP编程器和802KB控制器，实现温控过程的全自动化为满足炉温加热均匀，采用了三套大华－千野的KP1000温控仪，用三个温度传感器对三个不同位置的测温点进行监测。该仪表内含微处理器，具有智能PID多段控制及PID参数自整定功能。可根据设定的参数、曲线，自动跟踪加热过程，调整加热功率，因而能很好完成工件加热过程。通过对设定参数的调整，能较好地保证加热的一致性。每台温控仪均有自检、断偶保护功能，也可设置上限报警。 其控制原理框图如图2所示： 图2 温控系统原理图 1.3触摸屏部分 　　触摸屏又名智能操作面板，是专为PLC而设计的互动式工作站，自带微处理器芯片和一定的存储空间，具备与各品牌的PLC通讯的能力，可实现对PLC内部接点的完全监控。 　　本次改造采用Digital PRO-face触摸屏，触摸屏交互式介面的开发是基于GP-PRO/PB III for Windows。 其程序流程框图见图3 图3 触摸屏程序流程图 触摸屏各模块介面功能简介： 1.3.1启动介面： 显示版权信息。 1.3.2主菜单： 供操作者选择各功能画面。 1.3.3自动： 以直观的工艺流程图方式，显示自动操作方式下的各管道、阀门、电机、等静压机的工作状态。 1.3.4手动： 显示自动操作方式下的各管道、阀门、电机、等静压机的工作状态。 1.3.5历史报警： 以表格的方式，按时间顺序列出所发生的报警事件。 1.3.6报警提示： 替代原系统报警指示器上的的18个报警指示灯，将其移到触摸屏上显示。 1.3.7时间设置： 设置充气平衡延时时间、回气平衡延时时间、排气延时时间以及高温保温时间。 1.3.8密码输入： 输入手动状态下允许操作的画面解锁密码，以防误操作的发生。 1.3.9操作按键： 将原控制系统S2控制柜上的12个阀门操作按钮以程序通讯的方式并联到触摸屏上显示并可直接操作阀门。 1.3.10操作帮助： 将工艺流程及操作步骤以文字方式详细表述在触摸屏上，以备查询参考。 1.4记录仪部分： 　　本系统用DX204无纸记录仪取代原走纸记录仪。该记录仪具有多通道输入及超限报警开关量输出功能，它接收三个加热温度传感器的mv信号和一个压力信号，并可实时显示记录加热曲线和数值。可保存三个区的加热历史数据，无需后背电池，停电数据不丢失。如有必要，数据还可以以太网或1.44MB软磁盘的方式进行数据的通讯和输出。 1.5压力、真空控制部分： 　　取消了BoFros压力显示控制仪，用上润WPC804压力显示控制仪与压力传感器进行替代。真空测量改用国产REBORN-ZDF52电阻真空计，带两路设定接点输出，提供100Pa真空度信号。原系统采用压力开关提供大气压信号，本次改造用真空开关提供大气压信号，并将该信号引入中间继电器进行硬件保护。 1.6其他组成部分 　　气动系统、冷却水系统及框架移动、缸盖起降等均有PLC完成控制。其中的真空度监测、水流压力检测等开关量，直接返回给PLC进行处理。 2改造后系统具备的功能 2.1监控功能： 　　以三台KP1000智能多段式PID温控仪对三路温度进行采样、显示、控制。 2.2控制功能： 　　控制功能的主要执行单元为三菱PLC，完成整个加工工艺工程，如：手动/自动转换、真空循环、排气、启动泵、增压、减压、加热等功能。 2.3报警功能： 　　因系统长期处于高温高压的工作条件下，系统的安全是一个非常重要的因素、本系统可将各种温度、压力、真空度的越限和其他异常情况通过声光信号及时报告给操作者，以便操作者作出及时处理。 2.4触摸屏显示操作功能： 　　该功能为新增设计。因触摸屏介面友好，操作方便，同时可动态直观地显示各执行器件的工作状况，给操作者带来极大方便。可直接进行设备的启动、状态指示、报警记录等。 3改造效果 　　改造后运行至今未出现故障，且温控部分效果比原系统有很大的提高，在低温及高温段均有不俗的表现。特别是在高温段三带温度均匀一致，稳态下误差不超过±3℃,解决了改造前温度波动大的难题。 改造后故障率明显降低，发生故障时查找方便，修改工艺参数直观、简单，操作简便，各项性能指标均达到或超过原设计要求。 4 结束语 　　利用PLC丰富灵活的逻辑控制功能，配合触摸屏、智能温度控制仪表及HMI人机界面软件，对传统的热等静压程控系统进行改造，不仅具有投资省、见效快的特点，同时，在系统的安全性、稳定性及运行保障维护方面均有不俗的表现。是一套适合我公司生产实际的改造方案，并对其他类似系统的改造具有借鉴意义。 参考文献： [1] 三菱MELSEC-F系列（FX0---FX2NC）可编程控制器 编程手册 [2] KP1000说明书 上海大华千野公司 [3] 304热等静压使用说明 ASEA公司 [4] Pro-face Gp-PRO/PBIII