廣東韶關(guān)市第二技師學(xué)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(dòng)調(diào)節(jié)功能，結(jié)合HMI(Human Machine Interface)人機(jī)對(duì)話控制，實(shí)時(shí)監(jiān)控及調(diào)節(jié)熱處理控溫參數(shù)，達(dá)到系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制效果，從而提高鈹青銅熱處理性能。針對(duì)各鈹青銅材料與性能要求，可對(duì)熱處理控溫精度分時(shí)段靈活跟蹤調(diào)節(jié)，對(duì)高溫和低溫增設(shè)報(bào)警輸出功能。

1.控制系統(tǒng)

HMI與可編程序控制器H2U-1616通過Ino-Touch-Editor軟件和RS-232進(jìn)行通信和編程控制，H2U-4PT溫度模塊與H2U-1616進(jìn)行數(shù)據(jù)交互及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理，通過H2U-1616的PID進(jìn)行運(yùn)算控制；PID的控制參數(shù)均在HMI觸摸屏上自由設(shè)定、修改和監(jiān)控運(yùn)行，控制系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 控制系統(tǒng)

2.溫度信號(hào)的測(cè)量過程

溫度測(cè)量由溫度功能模塊H2U-4PT進(jìn)行過程控制，對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)量與顯示，它可以直接連接熱電偶、鉑電阻等溫度測(cè)量傳感器，并將來自過程控制的溫度測(cè)量輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為一定位數(shù)的數(shù)字量供H2U-1616運(yùn)算處理。H2U-4PT是將來自過程控制的溫度測(cè)量輸入與系統(tǒng)的溫度給定信號(hào)進(jìn)行比較，并通過檢測(cè)所得的參數(shù)供可編程H2U-1616（PID）調(diào)節(jié)處理，實(shí)現(xiàn)溫度的自動(dòng)調(diào)節(jié)與控制。

3.溫度信號(hào)采集

H2U-4PT的特點(diǎn)是通過PT100鉑熱電阻值為100Ω的傳感器，通過發(fā)熱源溫度采集回來的信號(hào)經(jīng)H2U-4PT進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換，將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，其范圍在-2000～+2000的數(shù)字內(nèi)輸出，此數(shù)據(jù)經(jīng)H2U-1616（PLC）的PID內(nèi)部運(yùn)算處理后送到脈寬調(diào)制指令PWM執(zhí)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(shè)置。

（3）K3200為溫度設(shè)定值（目標(biāo)值：320℃）。

（4）K1000為采樣時(shí)間Ts。

（5）K1為動(dòng)作方向?yàn)槟鎰?dòng)作（負(fù)方動(dòng)作）方向。

（6）K50為濾波常數(shù)=50%。

（7）K150為比例增益KP。

（8）K10為積分時(shí)間T1，不能設(shè)值過大，以防靈敏度過高引起動(dòng)作頻繁，造成爐溫時(shí)高時(shí)低。

（9）K0（D105）和K0（D106）無(wú)微分增益和無(wú)微分處理。

（10）PID：指定D200是存放3200在D200內(nèi)，指定D20存放溫控箱內(nèi)的溫度值，指定D100存放采樣參數(shù)，D150是PID的輸出值。再把D150放在PWM指令當(dāng)中進(jìn)行調(diào)制，周期脈寬設(shè)定為5s，就是K5000的數(shù)值。當(dāng)D150的值越來越小時(shí)，那么Y0的導(dǎo)通時(shí)間就越來越小。

（11）M20驅(qū)動(dòng)Y3是低溫報(bào)警。

（12）M22驅(qū)動(dòng)Y4是高溫報(bào)警。

5.觸摸屏（HMI）組態(tài)設(shè)計(jì)

（1）初始頁(yè)面制作：通過Ino-Touch-Editor軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)初始頁(yè)面。

（2）工作操作區(qū)頁(yè)面：通過Ino-Touch-Editor軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)工作區(qū)頁(yè)面（見圖2）。內(nèi)設(shè)有：①年月日和時(shí)間，M0為啟動(dòng)按鈕，M1為停止按鈕。②畫面上設(shè)有低溫報(bào)警指示燈和高溫報(bào)警指示燈，分段加熱工作時(shí)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(diào)節(jié)設(shè)定區(qū)。④不同區(qū)域控溫點(diǎn)的保溫時(shí)間設(shè)定。⑤返頁(yè)。

圖2 工作操作區(qū)頁(yè)面

（3）PID參數(shù)設(shè)定與調(diào)節(jié)，如圖3所示。

圖3 PID參數(shù)設(shè)定

（4）比例增益KP在線調(diào)整，如圖4所示。

圖4 比例增益KP在線調(diào)整

6.HMI在鈹青銅熱處理應(yīng)用中的技術(shù)問題

HMI在鈹青銅熱處理應(yīng)用中，因工藝曲線與實(shí)際應(yīng)用的曲線出現(xiàn)較大的差別，甚至出現(xiàn)曲線失真墮性較大，對(duì)鈹青銅熱處理效果和質(zhì)量有較大的影響，針對(duì)此現(xiàn)象我們對(duì)曲線跟蹤控制軟件進(jìn)行了修正。在HMI上加入工藝跟蹤設(shè)定方案，同時(shí)在曲線的斜率上設(shè)工藝D點(diǎn)進(jìn)行有效跟蹤，并能準(zhǔn)確控溫及顯示溫度值和溫度上升的時(shí)間，這是本項(xiàng)目最大的技術(shù)亮點(diǎn)。通過技術(shù)上的調(diào)整與實(shí)際試用，解決鈹青銅熱處理的使用效果，并可根據(jù)鈹青銅含鈹量的不同而進(jìn)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(cè)試及結(jié)果

按鈹青銅材質(zhì)工藝要求在HMI上對(duì)數(shù)據(jù)群組進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，各群組的溫度點(diǎn)轉(zhuǎn)換曲線輸出對(duì)鈹青銅進(jìn)行熱處理控制。以下7個(gè)試樣為K-01至K-04含鈹量在1.85%的不同溫度要求的技術(shù)參數(shù)，K-05至K-07含鈹量在1.7%不同溫度要求的技術(shù)參數(shù)，相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖5、圖6所示。

圖5 材料工藝要求在數(shù)據(jù)群組設(shè)各溫度跟蹤點(diǎn)

圖6 曲線上各溫度點(diǎn)對(duì)鈹青銅熱處理控制

（1）熱處理后的測(cè)試條件：壓力約為5N，時(shí)間為10s，每個(gè)試樣做3個(gè)測(cè)試，其硬度結(jié)果如下：

（2）表1中數(shù)據(jù)說明鈹青銅在經(jīng)過一定次數(shù)時(shí)效后彈性有一定保持力和穩(wěn)定性。

表1 K-07號(hào)樣

（3）表2和表3比較（冠簧為同一批，經(jīng)測(cè)試喉圓相對(duì)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(fù)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(jié)語(yǔ)

通過一年多的測(cè)試和應(yīng)用，在PID的設(shè)定、監(jiān)控及各溫度時(shí)間的設(shè)定和監(jiān)控對(duì)熱處理質(zhì)量有很大的保障。在線仿真和離線仿真效果明顯、配方數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)表格、控件（C）應(yīng)用、多級(jí)系統(tǒng)密碼功能、彈出式的WINDOWS窗口報(bào)警記錄等眾多強(qiáng)大的功能實(shí)現(xiàn)，說明HMI與PLC、溫度模塊等在熱處理行業(yè)適用性強(qiáng)。 （20140115）