觸摸屏技術在鈹青銅熱處理中的應用

廣東韶關市第二技師學院 （512031） 王建軍

為提高鈹青銅熱處理控溫精度，確保鈹青銅的彈性和耐磨性能，采用輸入功率自動調節功能，結合HMI(Human Machine Interface)人機對話控制，實時監控及調節熱處理控溫參數，達到系統實時控制效果，從而提高鈹青銅熱處理性能。針對各鈹青銅材料與性能要求，可對熱處理控溫精度分時段靈活跟蹤調節，對高溫和低溫增設報警輸出功能。

1.控制系統

HMI與可編程序控制器H2U-1616通過Ino-Touch-Editor軟件和RS-232進行通信和編程控制，H2U-4PT溫度模塊與H2U-1616進行數據交互及數據轉換處理，通過H2U-1616的PID進行運算控制；PID的控制參數均在HMI觸摸屏上自由設定、修改和監控運行，控制系統如圖1所示。

圖1 控制系統

2.溫度信號的測量過程

溫度測量由溫度功能模塊H2U-4PT進行過程控制，對溫度進行測量與顯示，它可以直接連接熱電偶、鉑電阻等溫度測量傳感器，并將來自過程控制的溫度測量輸入信號轉換為一定位數的數字量供H2U-1616運算處理。H2U-4PT是將來自過程控制的溫度測量輸入與系統的溫度給定信號進行比較，并通過檢測所得的參數供可編程H2U-1616（PID）調節處理，實現溫度的自動調節與控制。

3.溫度信號采集

H2U-4PT的特點是通過PT100鉑熱電阻值為100Ω的傳感器，通過發熱源溫度采集回來的信號經H2U-4PT進行信號轉換，將模擬量轉換為數字量，其范圍在-2000～+2000的數字內輸出，此數據經H2U-1616（PLC）的PID內部運算處理后送到脈寬調制指令PWM執行控制輸出。

4.PID控制

（1）CH1存放在D10，CH2存放在D11中，要求兩路溫度的采樣值取平均值。

（2）H3300為初始化設置。

（3）K3200為溫度設定值（目標值：320℃）。

（4）K1000為采樣時間Ts。

（5）K1為動作方向為逆動作（負方動作）方向。

（6）K50為濾波常數=50%。

（7）K150為比例增益KP。

（8）K10為積分時間T1，不能設值過大，以防靈敏度過高引起動作頻繁，造成爐溫時高時低。

（9）K0（D105）和K0（D106）無微分增益和無微分處理。

（10）PID：指定D200是存放3200在D200內，指定D20存放溫控箱內的溫度值，指定D100存放采樣參數，D150是PID的輸出值。再把D150放在PWM指令當中進行調制，周期脈寬設定為5s，就是K5000的數值。當D150的值越來越小時，那么Y0的導通時間就越來越小。

（11）M20驅動Y3是低溫報警。

（12）M22驅動Y4是高溫報警。

5.觸摸屏（HMI）組態設計

（1）初始頁面制作：通過Ino-Touch-Editor軟件進行設計初始頁面。

（2）工作操作區頁面：通過Ino-Touch-Editor軟件進行設計工作區頁面（見圖2）。內設有：①年月日和時間，M0為啟動按鈕，M1為停止按鈕。②畫面上設有低溫報警指示燈和高溫報警指示燈，分段加熱工作時間。③電源通電指示燈，加熱工作指示燈，到溫停止指示燈，加熱溫度輸入調節設定區。④不同區域控溫點的保溫時間設定。⑤返頁。

圖2 工作操作區頁面

（3）PID參數設定與調節，如圖3所示。

圖3 PID參數設定

（4）比例增益KP在線調整，如圖4所示。

圖4 比例增益KP在線調整

6.HMI在鈹青銅熱處理應用中的技術問題

HMI在鈹青銅熱處理應用中，因工藝曲線與實際應用的曲線出現較大的差別，甚至出現曲線失真墮性較大，對鈹青銅熱處理效果和質量有較大的影響，針對此現象我們對曲線跟蹤控制軟件進行了修正。在HMI上加入工藝跟蹤設定方案，同時在曲線的斜率上設工藝D點進行有效跟蹤，并能準確控溫及顯示溫度值和溫度上升的時間，這是本項目最大的技術亮點。通過技術上的調整與實際試用，解決鈹青銅熱處理的使用效果，并可根據鈹青銅含鈹量的不同而進行熱處理加工，確保鈹青銅有很好的彈性。

7.鈹青銅熱處理測試及結果

按鈹青銅材質工藝要求在HMI上對數據群組進行參數設定，各群組的溫度點轉換曲線輸出對鈹青銅進行熱處理控制。以下7個試樣為K-01至K-04含鈹量在1.85%的不同溫度要求的技術參數，K-05至K-07含鈹量在1.7%不同溫度要求的技術參數，相關試驗數據如圖5、圖6所示。

圖5 材料工藝要求在數據群組設各溫度跟蹤點

圖6 曲線上各溫度點對鈹青銅熱處理控制

（1）熱處理后的測試條件：壓力約為5N，時間為10s，每個試樣做3個測試，其硬度結果如下：

（2）表1中數據說明鈹青銅在經過一定次數時效后彈性有一定保持力和穩定性。

表1 K-07號樣

（3）表2和表3比較（冠簧為同一批，經測試喉圓相對一致），開始表3中因370～380VH插入力大，但是在4000次后與表2比較，其插拔力差些，說明物體的回復力和彈性下降很大，直到9000次后更能說明問題。

表2 01#冠簧 （料厚0.2mm）

表3 03#冠簧 （料厚0.2mm）

6.結語

通過一年多的測試和應用，在PID的設定、監控及各溫度時間的設定和監控對熱處理質量有很大的保障。在線仿真和離線仿真效果明顯、配方數據、數據表格、控件（C）應用、多級系統密碼功能、彈出式的WINDOWS窗口報警記錄等眾多強大的功能實現，說明HMI與PLC、溫度模塊等在熱處理行業適用性強。 （20140115）