1 引言

本文论述了盐城市某汽车配件厂的一条热处理生产线自动控制系统的设计和控制。根据生产的工艺和过程控制要求对整个生产线进行监视和控制，包括对加热炉各区加热温度的自动调节，对运料机械、炉门的开关、各液压站油泵的自动控制等，同时，对生产过程中出现的故障及时报警并处理。整个系统分为三个部分，即温度、时间、流程控制。

热处理生产线上采用了PLC和触摸屏组成的控制系统，发挥了PLC控制功能强，稳定可靠，应用灵活，并引入先进的人机互交设备触摸屏，从而简化了输入元件的使用，可进行图像显示和制表等，较好地实现了对热处理生产线的程序控制。

2系统的控制要求和总体方案设计

2.1热处理自动生产线基本情况介绍

如图2-1所示该生产线由加热炉、清洗机、回火炉、推拉车、备料台等组成，控制系统及主要执行元件采用国外先进国家进口原件，可实现全自动或手动操作，该成套设备既适用于单品种大批量生产，也适用于多品种小批量生产，操作简便，运转成本低，可实现产品的渗碳、碳氮共渗、光亮淬火、退火、正火等热处理工艺。工件加工流程是：准备台搬入?加热炉加热?清洗机清洗?回火炉回火?完成台搬出。其中的搬运工作由运料小车完成。

图2-1  热处理生产线的示意图

加热炉采用滴注式气体渗碳氮化炉，该设备为两室结构，工件在后室加热，进行渗碳氮化、渗碳处理或保护气氛加热，前室设有升降机和淬火油槽，用于工件的淬火处理。

清洗机由洗净室、干燥室构成。工件在洗净室内用温水浸泡、洗净，微型空气气泡喷流及升降机上下晃动，喷淋洗。最后进入干燥室热风烘干。

箱式回火炉由回火炉主体、炉内搅拌装置等构成。

2.2 总体方案设计

该生产线的电气控制系统设计主要是根据工艺及设备的技求要求，吸收日本、美、德、英等国先进多用炉生产线技术并结合中国国情，本着高质快速、柔性化和低成本的要求，电控系统采用集中控制和分散操作的方式，集中控制为设立中央控制室安装所有的电控设备，对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制。如图2-1所示，本课题采用欧姆龙C200HE系列的PLC和三菱FR-E500系列变频器，再加上Gp577触摸屏作为控制信号的输入设备和监控设备对热处理线的运料系统进行控制。运料系统采用远程I/O,可减少接线。第10槽IR009为远程主站，在远程主站中应将单元号设为0,远程从站选用STR2-ROC16, 程从站共用了三个，他们的通道号分别是CH100、CH108、CH109.

3控制系统硬件设计

3.1推拉料车的主电路设计

图3-1  推拉料车的主电路图

(a) 横向移动

由电机M2带动小车作横向移动，通过变频器可控制电机M2的正反运转和速度。当继电器KD5的常开触点闭合后电机正转；当KD6闭合后，电机反转。当KD7线圈得电后，电机就由高速变为低速。当变频器出现异常情况时，A和C就会接通，将此信号送入PLC作相应的处理。当正反转信号都为零时，即KD5和KD6的线圈都失电，此时MRS与SD接通，变频器停止输出，电机电压为零。但由于惯性的作用电机不会立即停转，为了准确停车，系统加了一个电磁抱闸制动器。电磁抱闸线圈断电后，电机就会迅速被制动停转。闭合KD10变频器就会复位。

(b) 纵向移动

电机M1为PP链马达，负责将工件搬入炉中或从炉中搬出，由接触器KMF和KMR实现它的正反转。而接触器KMF和KMR的线圈又由中间继电器KD3和KD4控制。FM1和CC1是电机保护器件，它可检测到电机的缺相以及过载等问题，若电机M1出现问题时FM1的6脚就会有电压输出，使得KA1线圈得电，因KA1的常开触点作为PLC位[109.15]的输入信号,所以PLC就会检测到PP链异常。

(c) 翻钩电机的控制

电机M3为PP钩马达，它是单相交流电动机，通过对它的正反转控制实现推拉钩的推、拉状态。单相电容运转式电动机的定子绕组有两个，一个是主绕组，另一个是副绕组。通过电容的作用使得在主、副绕组上产生两个相位相差90o的电流，从而在定子中产生一个旋转磁场，推动转子起动运转。通过继电器KD1和KD2的作用，将电容从副绕组上切换到主绕组上，使主副绕组对调，从而改变定子旋转磁场的方向，实现单相电机的正反转控制。 

4控制系统软件设计

4.1 小车移动程序

梯形图程序如下图，行车由电机M2带动小车作横向移动，通过变频器可控制电机M2的正反运转和速度。往返于各工位之间,每个工位设有一位置开关SQ 和一呼叫按钮SB 。

1) 行车初始时应停在10 个工位的任一个位置开关位置。

2) 设行车现暂停在m 号工位(即SQm 动作),这时n 号工位呼叫(SBn 动作) 。若:

(1)m > n 行车左行至n 号工位,即SQn 动作,行车停在n 号工位,即当行车所停位置SQ 编号大于呼叫的SB 编号时,行车自动左行至呼叫工位停下;

(2)m < n , 行车右行至SQn 动作,到位停车,即当行车所停工位SQ 的编号小于呼叫工位SB 的编号时, 行车自动右行至呼叫工位停下;

(3)m = n , 行车原地不动。即当行车所停SQ 编号与呼叫SB 的编号相同时,行车原地不动;

图4-1小车移动梯形图

4.2 触摸屏程序设计

本文使用GP-Pro/PBⅢ软件来编辑触摸屏的画面, 通过对触摸屏的操作可以改变或监视PLC内部相关位的状态，以达到利用改变程序来实现控制的目的。

4.2.1主菜单画面

画面号为1,该画面被设置成开机画面,是几大功能模块的总窗口。可通过它调用其它界面。

4.2.2手动触摸操作画面

如图4-6所示，画面号为2，该画面用于手动操作，主要分为六大模块：准备台、完成台、加热炉、清洗机、回火炉、和推拉车。这里仅以准备台为例介绍一下操作过程。

当按下准备台“手动”按钮时，PLC内的点[360.07]会被置反。该位为1时按键显示“自动”，该位为0时按键显示“手动”。自动时该按钮呈绿色，手动时该按钮呈红色。

当“准备台上升”键被按下时，点[360.01]的状态就为1，并且它还监控位[437.14]，当位[437.14]为1时，此按键的颜色就变为红色。

当“准备台下降”键被按下时，位[360.02]的状态就为1，同时位[437.15]为1时，此按键的颜色就变为绿色。

由准备台的电气原理图，我们已经知道位[4.04]的状态可以控制准备台上升电机的转动。从程序看只要在准备台手动的情况下即位[360.07]为0时，若按下触摸屏上的按键“准备台上升”,则位[360.01]就为1，使得虚拟线圈[4.04]得电，从而使得上升电机转动。

通理，当按下触摸屏上的按键“准备台下降”时，位[360.02]就为1，使得虚拟线圈[4.05]得电，从而使得准备台下降电磁阀得电。

图4-6   手动触摸操作画面

4.2.3自动搬送操作画面

如图4-7所示，画面号为3，此画面主要用于显示自动操作中的运行状态。下面就以完成台为例加以说明。画面使用了指示灯来显示PLC内部的状态。

图4-7  自动搬送操作画面

当按下屏上的完成台“搬入”按键后，PLC的位[441.01]就被置1，线圈[91.00]和[447.02]就会得电，表示完成台正在搬入动作中。当线圈[91.00]失电则线圈[447.00]就会得电，表示完成台搬入动作已完成。因此，PLC内部的[447.00]和[447.02]两个位的状态表示完成台搬入动作是否完成。

指示灯LA_054监控PLC内部的位[447.02]。当此位为1时，灯就会变为黄色。当我们看到此灯变为黄色后，就会知道完成台正处于搬入动作中。

结束语

基于触摸屏和PLC的控制系统己在许多热处理车间中得到应用，运行状况良好。利用触摸屏和PLC，减少了在电气柜上面使用按钮、转换开关、指示灯等元件，通过合理的设备选型、参数设置和软件设计，提高了系统的自动化程度，使操作简单、可靠、方便，降低了系统的运行费用。