S7—200SMART PLC在氫氣脫蠟燒結一體爐中的應用

【摘要】概述了S7-200SMARTPLC、SMARTLINE在氫氣脫蠟燒結一體爐控制系統中應用。根據真空燒結爐的工藝流程及控制要求，結合現場控制工藝需求，分析了設備工藝流程、控制系統的配置選型、軟件設計和實現的功能，設計了一套基于S7-200SMART的控制系統。經測試，該方案能完全滿足氫氣脫蠟燒結一體路的各項技術要求，運行穩定，性能良好。

【關鍵詞】S7-200SMARTPLC；SMARTLINE；

真空燒結爐；設備設計

1、項目簡介

氫氣脫蠟燒結一體爐是我公司的主導產品，該設備集脫蠟燒結和快速冷卻于一體，操作方便，機電一體化程度高。其控制精度要求高，安全聯鎖完善，有操作提示、故障診斷功能、異常報警，燒結過程自動控制，一次完成脫蠟、燒結和快速冷卻功能，因此需要功能靈活多樣，性價比高的控制系統，這里選用了西門子S7-200SMARTPLC及SMARTLINE觸摸屏，達到了預期的控制目標，取得了優異的控制效果。

2、設備工藝要求

2.1 設備構成

氫氣脫蠟燒結一體爐根據工藝要求主要由真空系統、捕蠟系統、氫氣燃燒點火控制系統、配氣系統、加熱溫度控制系統和快冷系統構成。其示意圖見圖1。

2.2 工藝流程

設備運行之前確認壓空和工藝氣體氣源、冷卻水流量、電源等達到工藝要求；裝入產品，設定好本爐次燒結工藝，選擇操作模式到自動模式，按下開始按鈕，設備自動進入泄漏測試，測試合格后進入氫氣脫蠟（脫脂）階段，脫脂過程包含氬氣吹掃、氬氣置換等過程，確保設備安全運行；脫蠟完成后進入預燒結過程，預燒結溫度達工藝要求最高溫度后進入高溫保溫，保溫時間達設定后，整個工藝流程結束，進入泵抽冷卻階段，爐內溫度達充氣冷卻溫度后向爐內充入惰性氣體，同時開啟風機進行快速降溫，溫度降到開爐門溫度后完成整個生產流程，開爐門出產品。具體工藝流程如圖2所示。

3、硬件組態設計

為了保證控制系統的穩定性和可靠性，選用西門子S7-200 SMART PLC，其較高的運算速度及通訊功能為后續的設備改造和升級提供了良好的保 證。觸摸屏選用SMART LINE 700 IE屏，該屏與S7-200 SMART PLC無縫集成，高分辨率及64K色顯示，高效以太網通訊，設備操作更人性化，更加高效便捷。產品選型如表1所示。

4、軟件設計

4.1 PLC編程設計

氫氣脫蠟燒結一體爐PLC程序分為初始化、手動程序、自動程序、真空壓力控制程序、溫度控制程序、氣體流量控制程序、氫氣點火控制程序、模擬量轉換程序以及報警程序等。

手動程序主要包含手動抽真空、手動開關料盒門、手動捕蠟洗滌、手動置換氫氣以及手動排氫程序，實現設備在非生產狀態下各項指標參數的測試和調整，為自動程序的正常運行提供保障。

模擬量轉換程序主要用于含爐內真空、壓力、溫度和氣體流量的檢測，為真空壓力溫度控制程序提供數據支持。

自動程序根據不同的功能和系統分為真空系統子程序、脫蠟系統子程序、加熱系統子程序、冷卻水檢測系統、快冷系統子程序等，不同的子程序對應相應的檢測部件和執行部件（泵、閥門、加熱器、冷卻風機等）。操作人員僅需要設置并下載產品燒結工藝，按下程序開始鍵，則整個生產在PLC的控制下自動執行泄漏檢測、脫蠟、燒結和快冷等操作，大大降低工人勞動強度。在設備運行過程中如有異常則會報警提醒，根據提示內容進行相應處理即可，簡單便捷。

4.2 HMI畫面設計

氫氣脫蠟燒結一體爐主控畫面可顯示當前工作模式，各個真空泵，真空閥門狀態，能夠實時顯示當前爐內溫度和真空度數據，動態顯示當前執行 工藝曲線號，當前執行工藝段號，當前運行時間以及剩余時間等，所有設備相關數據一目了然，主控界面如圖3所示。

系統參數界面主要由設備參數和工藝參數構成。設備參數包含了設備的極限溫度和壓力上限等，保障設備的安全運行。工藝參數包含脫蠟相關參數和氣體流量參數，保障工藝程序的正常運行。

5、應用體會

S7-200 SMART控制器的組態、編程較S7-200有了很大的提高，更加符合個人的操作習慣；其基本指令執行時間達0.15μs，CPU本體集成了以太網口，支持編程調試、觸摸屏通訊等功能，普通的網即可下載和調試程序，最大限度的降低編程電纜的成本。以太網通訊速度較PPI通訊更快更穩定，解決了大數據下載工藝程序時間長的問題從而提高了工作效率。

SMART LINE 觸摸屏相比第一代有很大的提高，顏色更加豐富，增加了以太網接口，無論是下載程序還是與 PLC 通訊都比較方便。STEP 7-Micro/WIN SMART 軟件相比其它軟件非常的小巧， 兼容性非常好，相比傳統的向導操作更加靈活。

參考文獻：

[1]西門子（中國）有限公司.S7-200SMART產品樣本及系統手冊[Z].西門子（中國）有限公司，2012.

[2]西門子（中國）有限公司.SMART LINE觸摸屏樣本及編程手冊[Z].西門子（中國）有限公司，2012.