基于組態王的中頻淬火處理實驗控制系統

馬志艷， 楊光友， 潘 武， 李 浩

(湖北工業大學農機院，湖北， 武漢 430068)

中頻淬火是目前機械零件淬火采用較多的方法，但大部分為人工操作整個淬火過程．對于需連續反復加熱淬火的工件則難以實現自動化精準、均勻淬火．如軸類零件采用連續加熱時,是通過人工控制工件與感應圈的相對位移速度來控制淬火溫度,通過人工控制冷卻介質的壓力和噴射時間來控制冷卻速度,這難以保證軸類零件表面淬火溫度和冷卻速度始終不變,造成淬火后出現軟帶和軟點、變形甚至產生裂紋[1]．如果對中頻淬火工藝參數采用微機實時控制,可迅速監測和修改生產過程中的各工藝參數,使處理零件的金相組織和性能處于最佳狀態．基于組態王的中頻淬火系統正是在這種需求下設計的，使淬火過程實現了自動化，通過可自動調節的淬火過程，提高了工藝水平，同時，使傳統的現場操作改變為遠程監控和操作甚至網絡化監控變為可能．筆者應用PC機及ADAM4052、4060等硬件,設計了一種可靠性高的中頻淬火控制系統．它可兼有數字儀表的作用,又符合計算機控制分散的原則．控制參數都集中在一塊面板上顯示,操作方便．更為重要的是，它可以根據試驗數據繪制實時曲線，通過分析實時曲線找出最佳的工藝曲線，為后面的加工工藝提供一種可量化的控制方式，提高了加工質量．

1 熱處理實驗系統的硬件部分

整個控制系統主要由PC機、串口通信、加熱部分、冷卻部分組成．整體機構框圖如圖1所示．

圖 1 熱處理系統結構框圖

1.1 串口通信部分

串口通信部分主要采用研華模塊ADAM4052．ADAM4052可以將485總線傳輸轉換為232總線傳輸，可以直接與計算機相連，從而解決了傳輸距離與信號穩定的問題，連接簡單方便．

1.2 加熱與冷卻控制模塊

加熱控制模塊主要是軟件通過研華ADAM4060模塊來控制淬火的加熱時間和冷卻時間，從而使工件按照預設的加熱軌跡來完成加熱，使工件的達到淬火標準．

1.3 溫度檢測及控制模塊

該模塊主要由采集和實時曲線繪制兩部分組成．采用熱電偶采集系統淬火溫度，將采集信號傳送至智能采集模塊，智能采集模塊將信號處理后通過485總線向上傳遞，然后直接通過232總線傳送給控制中心PC機．通過試驗，可測得溫度曲線，同時分析淬火后工件的特性，找出溫度和淬火過程的關系，建立溫度和時間的最佳曲線關系，然后通過組態王該溫度曲線，自動完成批量淬火(圖2)．

圖 2 溫度-時間曲線

1.3.1溫度采集溫度的采集過程由ADAM4018完成．ADAM-4018是一款16位8通道模擬輸入模塊，所有通道都提供可編程輸入．它的光隔離輸入在模擬輸入和模塊之間提供3000 VDC的隔離，保護模塊和外圍設備避免來自輸入線路高電壓的損壞．ADAM-4018使用16位受微處理器控制sigma-delta A/D的轉換，將熱電偶傳感器的電壓轉換為計算機可識別的數字信號，也可數字信號轉換成工程單位，然后通過485總線傳給計算機．

1.3.2實時曲線的繪制及控制組態王通過實時曲線控件將4018采集過來的溫度數據，自動繪制成溫度/時間的關系圖(圖3)，通過這個圖形外可以很直觀的看到整個加熱的動態過程，并且該過程將被記錄下來，通過試驗后的分析，找出最佳的淬火工藝曲線．通過最佳的工藝曲線，可以動態控制加熱模塊和冷卻模塊的工作和停止，從而使整個淬火過程按照曲線的軌跡進行．

圖 3 實時曲線控制

2 熱處理實驗系統的軟件部分

應用軟件為KingView組態軟件，它基于Windows環境，有強大的網絡功能、豐富的圖形界面，其多任務性可較好地實現系統功能切換．通過上述軟件，多項管理、技術、統計等功能得以實現：各檢測點和控制點相應參數(溫度、閥位、加熱時間、報警等)的實時顯示；生產報表、歷史趨勢曲線、參數設定、定時采集、自動記錄、自動生成日報表；在線閱讀報表、調度聯網；手動/自動切換方式，實現無人操作模式等．

本程序主要功能是實現自動加熱、自動冷卻、自動循環．同時還可以人為強行干預加熱過程，而不會造成時序錯誤，彌補了傳統的系統容易時序混亂的缺點．另外，加熱過程參數的設置可以實時改變設置，而不需要改動任何的硬件部分，使系統適用性更廣，成本降低．操作界面生動形象，一改工業機械操作呆板的缺陷，同時還有誤操作保護，提高了系統的安全性．

2.1 主界面

主界面(圖4)分工作區和狀態動畫顯示區兩部分．工作區分為三塊：時間設置塊、狀態顯示塊和操作塊．在時間設置塊中主要是設置加熱、保溫、冷卻時間和加熱循環的次數；狀態顯示模塊主要是以數字的形式顯示系統當前的工作狀態，以便人工判斷；操作模塊上主要是系統的操作按鈕，系統所有的動作可以在操作塊上完成．動畫顯示區主要是以動畫的形式將整個加熱過程模擬出來，使真個加熱過程一目了然、形象生動．

圖 4 主界面

2.2 主程序框圖

主程序主要是控制淬火的整個過程，主要包括加熱、保溫、冷卻．程序框圖如圖5所示.

圖 5 主程序框圖

部分代碼如下：

/***************************

加熱時間階段

***************************/

if(\本站點加熱按鈕==1)

{

if(nCount >= 10)

{

\本站點加熱時間設置 =\本站點加熱時間設置 - 1;

nCount = 0;

}

else

{

nCount = nCount + 1;

}

if(\本站點加熱時間設置==0)

{

\本站點加熱按鈕=0;

\本站點uttoncover=0;

}

}

/**************************

保溫時間階段

**************************/

if(\本站點加熱時間設置==0&&\本站點uttoncover==0)

{

……

}

/*************************

冷卻時間階段完成后停止

*************************/

if(\本站點保溫時間設置==0&&\本站點uttoncover==1)

{

……

}

/***循環是否完成***/

if(\本站點冷卻時間設置==0&&\本站點uttoncover==1)

{

\本站點冷卻按鈕=0;

C1.EndFun();//停止計數

C1.Clear();//計數器復位

\本站點循環次數=\本站點循環次數 + 1;

}

}

3 結束語

本系統應用組態王通用監控系統軟件，通過實時監測調節，既實現了自動控制，又保證了解熱、保溫、冷卻精確的時間要求，更為重要的是，可以根據它能動態調整的特性找出最佳工藝曲線，使淬火在自動化程度提高的同時，也使得其精度得到提高，同時也可以實現遠程操作和監控，改善了工人工作環境．

[參考文獻]

[1] 郭祖培，劉 晨．中頻淬火過程的微機控制系統[J]．熱加工工藝，2000(03)：47-49.

[2] 黃天佑．材料加工工藝[M]．北京：清華大學出版社，2004.