王兵

（江蘇省灌南中等專(zhuān)業(yè)學(xué)校，江蘇連云港222500）

感應(yīng)加熱設(shè)備是我國(guó)工業(yè)裝備生產(chǎn)制造行業(yè)近年來(lái)在高新生產(chǎn)技術(shù)研究中衍生的裝備。在傳統(tǒng)生產(chǎn)制造過(guò)程中，設(shè)備運(yùn)行受到技術(shù)的限制，常出現(xiàn)機(jī)、電不配套的問(wèn)題，即設(shè)備運(yùn)行電源與控制機(jī)床兩個(gè)部分分別由兩個(gè)廠家制造，當(dāng)購(gòu)進(jìn)兩個(gè)廠家的構(gòu)件進(jìn)行裝備時(shí)，極易因構(gòu)件不匹配出現(xiàn)安裝紕漏[1]。因此，技術(shù)人員將機(jī)電一體化技術(shù)與感應(yīng)加熱設(shè)備進(jìn)行集成，降低在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中由于工藝缺陷導(dǎo)致不必要的經(jīng)濟(jì)損失。并在進(jìn)一步開(kāi)發(fā)設(shè)備功能時(shí)，將變速智能調(diào)頻技術(shù)、伺服電機(jī)系統(tǒng)、模糊控制技術(shù)等現(xiàn)代化技術(shù)與設(shè)備融為一體，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備性能的優(yōu)化。這在很大程度上實(shí)現(xiàn)了將人工勞動(dòng)力從機(jī)床中解脫出來(lái)，提供了感應(yīng)加熱過(guò)程較高的工藝保障。但隨著技術(shù)應(yīng)用覆蓋范圍的加大，越來(lái)越多的研究成果顯示設(shè)備運(yùn)行存在安全風(fēng)險(xiǎn)。而一旦設(shè)備的裝備不當(dāng)，或運(yùn)行出現(xiàn)故障，便會(huì)導(dǎo)致機(jī)電生產(chǎn)工藝與材料熱處理加工過(guò)程無(wú)法得到技術(shù)保障[2]。因此，在本文的研究中，將參照感應(yīng)加熱設(shè)備的裝備過(guò)程，設(shè)計(jì)一種針對(duì)機(jī)電一體化設(shè)備的安全監(jiān)控技術(shù)，為我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)與安全制造等相關(guān)研究作出指導(dǎo)。

1 機(jī)電加熱設(shè)備及技術(shù)框架介紹

1.1 機(jī)電加熱設(shè)備

機(jī)電加熱設(shè)備包括：感應(yīng)加熱電源部分（4個(gè)系列）電子管高頻超音頻電源；頻中電源；MOSFET全固態(tài)高頻電源；IGBT全固態(tài)超音頻電源。半自動(dòng)及感應(yīng)加熱淬火機(jī)械傳動(dòng)部分（兩個(gè)系列）人造裝卸料及自動(dòng)卸料，部件移動(dòng)式機(jī)械傳動(dòng)裝置感應(yīng)加熱淬火設(shè)備；人工裝卸和自動(dòng)裝卸物料。可移動(dòng)式傳動(dòng)式感應(yīng)加熱淬火設(shè)備。下圖1為感應(yīng)加熱設(shè)備。

圖1 感應(yīng)加熱設(shè)備

1.2 技術(shù)框架介紹

機(jī)電一體化感應(yīng)加熱設(shè)備利用計(jì)算機(jī)生產(chǎn)及在線(xiàn)質(zhì)量管理，可對(duì)工件進(jìn)行位置、移動(dòng)速度、加熱、間隙、冷卻時(shí)間、加熱功率、淬火介質(zhì)流量及溫度等管理，并能在任何時(shí)候?qū)ぜ@示、打印的熱處理參數(shù)進(jìn)行記憶，且在任何時(shí)候都能恢復(fù)。具備抗磁、抗干擾、防腐蝕、排水、油水分離等功能。調(diào)質(zhì)時(shí)間：主傳動(dòng)的變形量為0mm，再移動(dòng)下料精度可達(dá)0.005mm。

2 機(jī)電一體化感應(yīng)加熱設(shè)備安全監(jiān)控技術(shù)

2.1 基于PLC控制器的感應(yīng)加熱設(shè)備復(fù)位精度調(diào)節(jié)

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)感應(yīng)加熱設(shè)備的安全監(jiān)控，在此次研究中，引進(jìn)PLC控制器作為核心裝備，對(duì)感應(yīng)加熱設(shè)備進(jìn)行運(yùn)行過(guò)程中的復(fù)位精度調(diào)節(jié)。考慮到感應(yīng)加熱設(shè)備由多個(gè)音頻電源構(gòu)成，因此可將PLC程序作為總控技術(shù)，通過(guò)增加傳感器裝備的方式，進(jìn)行設(shè)備每次啟用的初始化處理[3]。此過(guò)程可用如下圖2所示。

圖2 基于PLC控制器的感應(yīng)加熱設(shè)備控制流程

圖2中，感應(yīng)加熱設(shè)備在PLC控制器的調(diào)節(jié)與控制下，以紅外傳感器測(cè)量感應(yīng)加熱設(shè)備的溫度，并將溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，傳輸給設(shè)備運(yùn)行系統(tǒng)，系統(tǒng)對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析后發(fā)出指令，可以實(shí)現(xiàn)溫度的監(jiān)控、顯示、報(bào)警等功能，對(duì)熱處理工件的裝備位置、移動(dòng)速度、加熱時(shí)長(zhǎng)、冷卻時(shí)間、淬火介質(zhì)等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。

在此基礎(chǔ)上，利用其可編程邏輯控制過(guò)程中的輸入單元，進(jìn)行設(shè)備運(yùn)行模擬，當(dāng)內(nèi)部CPU可滿(mǎn)足裝備導(dǎo)入信息的存儲(chǔ)要求時(shí)，將設(shè)備所有的運(yùn)行信息從時(shí)序控制信道傳輸?shù)絇C端[4]。在此過(guò)程中，PC端將對(duì)感應(yīng)加熱設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行一次記憶，記憶在終端以文本文件的方式存儲(chǔ)。因此，當(dāng)感應(yīng)加熱設(shè)備完成一個(gè)周期的運(yùn)行后，PLC程序?qū)⒆詣?dòng)調(diào)用前端的存儲(chǔ)記憶，進(jìn)行其運(yùn)行的精度調(diào)控。調(diào)控過(guò)程中，應(yīng)控制主機(jī)傳動(dòng)的淬火轉(zhuǎn)換量達(dá)到0.0mm的水平，并在此基礎(chǔ)上，通過(guò)反復(fù)調(diào)用PLC程序的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)其精度的復(fù)位達(dá)到0.005mm水平。

2.2 基于總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)程序的機(jī)電一體化設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控

通過(guò)同步串行總線(xiàn)協(xié)議，設(shè)計(jì)連接微控制器和機(jī)電一體化設(shè)備的總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)程序。在確保每次執(zhí)行監(jiān)控行為前機(jī)電一體化設(shè)備均處于高精度復(fù)位狀態(tài)后，可通過(guò)分層驅(qū)動(dòng)方式，對(duì)機(jī)電一體化設(shè)備的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控[5]。分層驅(qū)動(dòng)即是將機(jī)電一體化設(shè)備的監(jiān)控過(guò)程分為數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)處理層、數(shù)據(jù)傳輸層。在數(shù)據(jù)采集層中，內(nèi)置遙控器通過(guò)多種傳感器采集設(shè)備油壓、風(fēng)壓、設(shè)備進(jìn)出口溫度、系統(tǒng)冷卻液壓力等基本設(shè)備運(yùn)行參數(shù)。數(shù)據(jù)處理層中，將收集到的數(shù)據(jù)由測(cè)試儀中的微處理器處理。數(shù)據(jù)傳輸層中，以無(wú)線(xiàn)方式傳輸（GPRS模塊）終端，接收數(shù)據(jù)的設(shè)備在接收到數(shù)據(jù)后向發(fā)送數(shù)據(jù)的設(shè)備發(fā)送特定的低電平脈沖，表示已收到數(shù)據(jù)。由IP部分打成TCP／IP包，通過(guò)GPRS空中接口接入到GPRS。

在總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)程序中，應(yīng)當(dāng)集成一個(gè)過(guò)濾干預(yù)流，進(jìn)行設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中驅(qū)動(dòng)程序的bug識(shí)別。同時(shí)，將監(jiān)控行為的實(shí)施劃分成管理端與終端兩個(gè)方面進(jìn)行，在管理端，驅(qū)動(dòng)程序應(yīng)對(duì)接通信指令與執(zhí)行數(shù)據(jù)，當(dāng)裝備與內(nèi)部接口呈現(xiàn)良好通信狀態(tài)時(shí)，可認(rèn)為此時(shí)是裝備的安全監(jiān)控需求。

根據(jù)設(shè)備運(yùn)行情況，新設(shè)備運(yùn)行7000小時(shí)后，廢氣溫度升至220℃以上，在設(shè)備末端加裝空氣加熱器可有效減少?gòu)U氣排放溫度。目前無(wú)機(jī)熱管的傳熱技術(shù)比較成熟，它具有啟動(dòng)快、傳熱快、熱阻低、流體壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，優(yōu)于以水為工作介質(zhì)的熱管、爆炸管道和氣體阻力?？梢钥紤]對(duì)帶有無(wú)機(jī)熱管的空氣加熱器進(jìn)行商業(yè)測(cè)試。在終端進(jìn)行基于程序的安全監(jiān)控時(shí)，需要從裝備的銜接端入手，通過(guò)分析一體化設(shè)備是否接入的方式，對(duì)感應(yīng)加熱裝備運(yùn)行中的傳輸介質(zhì)進(jìn)行加密與解密處理。加密與解密的過(guò)程需要以SCSI指令作為依據(jù)，當(dāng)設(shè)備銜接端的主功能碼滿(mǎn)足訪(fǎng)問(wèn)需求時(shí)，將IRP文件包傳輸?shù)较聦域?qū)動(dòng)程序。此時(shí)，按照上文提出的管理端監(jiān)控流程進(jìn)行其運(yùn)行監(jiān)控即可。

所要檢測(cè)的參數(shù)首先通過(guò)一系列傳感器變換后把非電量轉(zhuǎn)換為電量（電壓或電流），然后進(jìn)入多路模擬輸入開(kāi)關(guān)，再經(jīng)過(guò)放大后送入12位A/D轉(zhuǎn)換器。MCU采用多通道循環(huán)方式采集數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)相應(yīng)處理轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的物理量保存在Flash存儲(chǔ)器中。數(shù)據(jù)采集完畢后，要送到監(jiān)控中心。在完成對(duì)其運(yùn)行的監(jiān)控后，將所有監(jiān)控結(jié)果導(dǎo)入前端PC機(jī)設(shè)備中，并生成一個(gè)監(jiān)控結(jié)果界面，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)電一體化感應(yīng)加熱設(shè)備的安全監(jiān)控。

本文設(shè)計(jì)的機(jī)電一體化感應(yīng)加熱設(shè)備安全監(jiān)控技術(shù)框架圖如下圖3所示：

圖3 安全監(jiān)控技術(shù)框架圖

3 實(shí)例應(yīng)用分析

結(jié)合本文上述論述，從理論方面實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)電一體化感應(yīng)加熱設(shè)備安全監(jiān)控技術(shù)的設(shè)計(jì)研究，為了進(jìn)一步驗(yàn)證該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的效果，將其應(yīng)用到真實(shí)的機(jī)電一體化感應(yīng)加熱設(shè)備運(yùn)行環(huán)境當(dāng)中，并對(duì)其應(yīng)用效果進(jìn)行分析。選擇將某加工企業(yè)中的機(jī)電一體化感應(yīng)加熱設(shè)備（亞龍YL-235A）運(yùn)行環(huán)境作為依托，針對(duì)該環(huán)境當(dāng)中的各類(lèi)加熱設(shè)備對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，利用King UO數(shù)據(jù)采集程序?qū)υO(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。該數(shù)據(jù)采集程序集成了主流一體化感應(yīng)加熱設(shè)備的數(shù)據(jù)采集驅(qū)動(dòng)，通過(guò)該程序可實(shí)現(xiàn)組態(tài)與IO設(shè)備的通訊。同時(shí)，在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，利用本文提出的監(jiān)控技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備溫度數(shù)據(jù)和壓力數(shù)據(jù)趨勢(shì)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和顯示，下圖4為本文安全監(jiān)控技術(shù)的數(shù)據(jù)趨勢(shì)顯示圖。

圖4 本文安全監(jiān)控技術(shù)的數(shù)據(jù)趨勢(shì)顯示界面圖

圖4中兩條數(shù)值變化曲線(xiàn)均為加熱設(shè)備在09:19:39～09:27:39時(shí)間范圍內(nèi)的溫度數(shù)據(jù)和壓力數(shù)據(jù)變化情況。從圖3中界面顯示的兩條曲線(xiàn)可以看，利用本文提出的監(jiān)控技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)加熱設(shè)備溫度和壓力數(shù)值變化的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。同時(shí)，通過(guò)監(jiān)控顯示界面，可以對(duì)加熱設(shè)備在以往運(yùn)行過(guò)程中的歷史數(shù)據(jù)變化曲線(xiàn)進(jìn)行提取，并針對(duì)具體某一時(shí)刻或時(shí)間范圍內(nèi)的溫度數(shù)據(jù)、壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢(xún)。在實(shí)際應(yīng)用中，通過(guò)對(duì)溫度變化范圍和壓力閾值進(jìn)行設(shè)定，可在第一時(shí)間通過(guò)顯示界面對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，并在數(shù)值超出相應(yīng)范圍或閾值時(shí)，進(jìn)行相應(yīng)的告警動(dòng)作，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備出現(xiàn)故障運(yùn)行狀態(tài)的有效預(yù)防，進(jìn)一步提高設(shè)備的使用年限和設(shè)備運(yùn)行質(zhì)量。

4 結(jié)論

本文開(kāi)展了機(jī)電一體化感應(yīng)加熱設(shè)備安全監(jiān)控技術(shù)的研究，通過(guò)實(shí)例應(yīng)用的方式，證明了此項(xiàng)技術(shù)可在第一時(shí)間通過(guò)顯示界面對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，并在數(shù)值超出相應(yīng)范圍或閾值時(shí)，進(jìn)行相應(yīng)的告警動(dòng)作，具有較高的實(shí)用價(jià)值。因此可在后期的深入研究中，嘗試將此項(xiàng)技術(shù)在市場(chǎng)進(jìn)一步廣泛應(yīng)用，通過(guò)多次實(shí)踐檢驗(yàn)，證明技術(shù)的可行性。