自動硅油充灌裝置的研制

沈陽儀表科學研究院有限公司 王 鵬 葉 挺 徐長武

天津華能楊柳青熱電有限責任公司 張祖輝

沈陽儀表科學研究院有限公司 高立生 劉 箏 周 楓 蔣伯華 郭志勇

主要闡述了結合實際應用的基于西門子PLC和昆侖通泰觸摸屏控制的自動硅油充灌裝置。詳細介紹了裝置的設計原理、系統的上位機及下位機的功能。該裝置主要用于壓阻傳感器芯體及其他傳感器的硅油充灌需求。

壓阻傳感器是工業自動化控制領域中的一種重要的測量器件，為了保護傳感器的敏感元件，被測介質與敏感元件是不接觸的，傳感器芯體充灌硅油既起到保護敏感元件的作用，又起到隔離和傳遞壓力的作用。

充灌硅油裝置是傳感器生產工藝中的重要環節，傳統的手動充硅油裝置主要靠人工控制，手動對硅油進行處理、手動對傳感器充灌硅油，操作人員很難判定當前充油工藝進行到的狀態，如果設備出現故障也很難判斷故障信息。同時時間、真空度、溫度等重要的參數也由人為操作引起誤差影響充油效果。

為了解決手動裝置存在的問題對裝置進行改進。

1 設計原理

整個裝置是由PLC系統、觸摸屏系統、傳感器、電磁閥等執行機構組成，將整個硅油充灌工藝設計在人機界面上，增加人機交互功能同時規范充油工藝使裝置的自動化程度更高，各個重要的工藝參數控制更加準確。裝置主要由冷卻機組、充油機組、處理油機組三部分構成。控制系統構成如圖1所示。

圖1 控制系統

1.1 冷卻機組設計

冷卻機組主要是提供冷卻循壞水，在真空工作室照明時以及高真空狀態下硅油蒸發點降低，蒸發的硅油對擴散泵造成污染，減少設備的運行壽命，增加維修次數。水冷機組會使蒸發的硅油液化，減少流入到擴散泵的硅油量。在冷卻水管添加水壓表、對循環冷卻水的狀態進行監測，將水流狀態與擴散泵在程序中聯鎖，這樣對擴散泵進行有效的保護，可提高設備的運行壽命、降低擴散泵污染后的維修次數。

1.2 處理油機組設計

處理油機組主要作用是對待充的硅油進行真空、加熱、攪拌、冷卻等工藝處理，使硅油達到可用于充進傳感器的狀態。在設計中我們采用PLC控制‘機械泵1#’及‘處理閥’對處理罐抽真空，真空達到設定值后，打開‘上油閥’將硅油吸入到處理灌中，接著控制‘攪拌泵’攪拌、啟動‘加熱棒’加熱這一環節有效的處理油中的雜質，最后關閉‘加熱’，冷卻處理好的硅油。這一工藝中溫度控制需要達到±1℃，我們采用島電溫控表進行控溫。

處理油機組的控制中PLC與真空計及溫控表進行MODBUS通信讀取真空計真空度、控制溫度，閥門和泵等利用I/O控制。

1.3 充油機組設計

主要作用是對充油真空工作室進行高低真空處理、使工作室處于工藝要求的真空度。在設計中控制‘機械泵2#’、‘粗抽閥’、‘前級閥’、對工作室進行低真空操作，真空工作室的真空度達到設定值后關閉‘粗抽閥’關閉，預熱‘擴散泵’30min后，打開‘主閥’對工作室進行高真空操作，真空度達到設定值關閉‘主閥’3S后打開‘充油閥’，對工作室內待充油的傳感器芯體進行充油，這一過程中可調節照明燈管進行觀察充油的狀態。

充油機組中的控制PLC與真空計進行MODBUS通信讀取真空計真空度，閥門和泵等利用I/O控制。

2.4.5 不同文化程度的醫務人員院感知識認知正確率比較分析 比較分析不同文化程度醫務人員院感知識認知正確率發現差異有統計學意義（P＜0.05），隨著文化程度的提高，醫務人員院感知識認知正確率逐漸增高，見表4。

2 硬件圖紙設計

PLC在自動硅油充灌裝置主要是利用I/O直接控制泵、閥，通過通信采集控制真空計及控制溫控表，來完成裝置的自動化控制。在設計中各個閥門及泵等具備手動控制、同時也具備自動控制，PLC地址分配及硬件接線圖如圖2所示。

圖2 硬件接線圖

3 軟件設計

3.1 組態軟件設計

采用昆侖通態觸摸屏作為人機界面，實現數據的采集及存儲。在觸摸屏編程軟件MCGS pro中根據觸摸屏自帶的200Smart驅動關聯PLC的相關變量，利用腳本語言編制腳本，實現裝置的工藝流程畫面。通過人機交互實現對裝置狀態的監控、數據的采集、診斷故障信息。

觸摸屏設計了主畫面、參數畫面、充油工藝畫面、處理油工藝畫面、歷史報警畫面五個畫面，各個畫面具備通信狀態顯示、時間顯示等功能。

主畫面為系統進入的初始化界面，顯示總體的工藝流程及設備的運行信息具備切換到任意畫面的功能。主畫面如圖3所示。

圖3 主畫面

處理油工藝畫面顯示處理油工藝流程及設備的運行狀態，顯示已經設定的加熱溫度、加熱時間、處理罐真空度等工藝參數。

充油工藝畫面顯示充油工藝流程及設備的運行狀態，顯示設定的打開主閥真空度、啟動擴散泵真空度等工藝參數信息以及各個閥之間的切換時間等。

參數界面主要顯示整體裝置的運行參數及權限設定，具備相應的權限才可修改運行參數。

報警界面顯示設備的故障信息、顯示出現故障的時間及解除故障的時間、具備歷史查詢的功能。

3.2 PLC程序設計

PLC的編程軟件為STEP 7-MicroWIN SMART，采用LAD作為程序的編程語言實現系統初始化，自動控制及通信控制，在自動控制中可分別調用充油工藝程序、處理油工藝程序來實現裝置的控制過程。

（1）初始化程序主要實現首次上電時參數的初始化。

（2）自動程序，設定好相應的參數后，啟動自動運行按鈕，裝置會根據工藝自動執行處理油工藝和充油工藝。

（3）通信程序，通信程序采用ModBus RTU協議對下位機儀表進行溫度、真空度采集、溫度控制。

ModBus RTU協議PLC中的設置主要是調用MBUS_CTRL及MBUS_MSG指令進行數據的讀取及寫入。MBUS_CTRL通信初始化指令如圖4所示，MBUS_MSG通信讀寫指令如圖5所示。

圖4 初始化指令

圖5 讀寫指令

ModBus RTU協議溫控表及真空計參數設置需要與PLC保持一致，下位機的地址不可重復、設置與PLC相同的校驗位、波特率及停止位等，溫控表設置如圖6所示。

圖6 溫控表通信參數設置

基于PLC控制的自動硅油充灌裝置，在設計調試完成后，應用中取得了良好的效果、可視化的操作設計更加人性化、可根據不同的要求調整參數，自動控制的充油工藝及處理油工藝控制更加準確減少了人力、物力。