基于组态王的中频淬火处理实验控制系统

马志艳， 杨光友， 潘 武， 李 浩

(湖北工业大学农机院，湖北， 武汉 430068)

中频淬火是目前机械零件淬火采用较多的方法，但大部分为人工操作整个淬火过程．对于需连续反复加热淬火的工件则难以实现自动化精准、均匀淬火．如轴类零件采用连续加热时,是通过人工控制工件与感应圈的相对位移速度来控制淬火温度,通过人工控制冷却介质的压力和喷射时间来控制冷却速度,这难以保证轴类零件表面淬火温度和冷却速度始终不变,造成淬火后出现软带和软点、变形甚至产生裂纹[1]．如果对中频淬火工艺参数采用微机实时控制,可迅速监测和修改生产过程中的各工艺参数,使处理零件的金相组织和性能处于最佳状态．基于组态王的中频淬火系统正是在这种需求下设计的，使淬火过程实现了自动化，通过可自动调节的淬火过程，提高了工艺水平，同时，使传统的现场操作改变为远程监控和操作甚至网络化监控变为可能．笔者应用PC机及ADAM4052、4060等硬件,设计了一种可靠性高的中频淬火控制系统．它可兼有数字仪表的作用,又符合计算机控制分散的原则．控制参数都集中在一块面板上显示,操作方便．更为重要的是，它可以根据试验数据绘制实时曲线，通过分析实时曲线找出最佳的工艺曲线，为后面的加工工艺提供一种可量化的控制方式，提高了加工质量．

1 热处理实验系统的硬件部分

整个控制系统主要由PC机、串口通信、加热部分、冷却部分组成．整体机构框图如图1所示．

图 1 热处理系统结构框图

1.1 串口通信部分

串口通信部分主要采用研华模块ADAM4052．ADAM4052可以将485总线传输转换为232总线传输，可以直接与计算机相连，从而解决了传输距离与信号稳定的问题，连接简单方便．

1.2 加热与冷却控制模块

加热控制模块主要是软件通过研华ADAM4060模块来控制淬火的加热时间和冷却时间，从而使工件按照预设的加热轨迹来完成加热，使工件的达到淬火标准．

1.3 温度检测及控制模块

该模块主要由采集和实时曲线绘制两部分组成．采用热电偶采集系统淬火温度，将采集信号传送至智能采集模块，智能采集模块将信号处理后通过485总线向上传递，然后直接通过232总线传送给控制中心PC机．通过试验，可测得温度曲线，同时分析淬火后工件的特性，找出温度和淬火过程的关系，建立温度和时间的最佳曲线关系，然后通过组态王该温度曲线，自动完成批量淬火(图2)．

图 2 温度-时间曲线

1.3.1温度采集温度的采集过程由ADAM4018完成．ADAM-4018是一款16位8通道模拟输入模块，所有通道都提供可编程输入．它的光隔离输入在模拟输入和模块之间提供3000 VDC的隔离，保护模块和外围设备避免来自输入线路高电压的损坏．ADAM-4018使用16位受微处理器控制sigma-delta A/D的转换，将热电偶传感器的电压转换为计算机可识别的数字信号，也可数字信号转换成工程单位，然后通过485总线传给计算机．

1.3.2实时曲线的绘制及控制组态王通过实时曲线控件将4018采集过来的温度数据，自动绘制成温度/时间的关系图(图3)，通过这个图形外可以很直观的看到整个加热的动态过程，并且该过程将被记录下来，通过试验后的分析，找出最佳的淬火工艺曲线．通过最佳的工艺曲线，可以动态控制加热模块和冷却模块的工作和停止，从而使整个淬火过程按照曲线的轨迹进行．

图 3 实时曲线控制

2 热处理实验系统的软件部分

应用软件为KingView组态软件，它基于Windows环境，有强大的网络功能、丰富的图形界面，其多任务性可较好地实现系统功能切换．通过上述软件，多项管理、技术、统计等功能得以实现：各检测点和控制点相应参数(温度、阀位、加热时间、报警等)的实时显示；生产报表、历史趋势曲线、参数设定、定时采集、自动记录、自动生成日报表；在线阅读报表、调度联网；手动/自动切换方式，实现无人操作模式等．

本程序主要功能是实现自动加热、自动冷却、自动循环．同时还可以人为强行干预加热过程，而不会造成时序错误，弥补了传统的系统容易时序混乱的缺点．另外，加热过程参数的设置可以实时改变设置，而不需要改动任何的硬件部分，使系统适用性更广，成本降低．操作界面生动形象，一改工业机械操作呆板的缺陷，同时还有误操作保护，提高了系统的安全性．

2.1 主界面

主界面(图4)分工作区和状态动画显示区两部分．工作区分为三块：时间设置块、状态显示块和操作块．在时间设置块中主要是设置加热、保温、冷却时间和加热循环的次数；状态显示模块主要是以数字的形式显示系统当前的工作状态，以便人工判断；操作模块上主要是系统的操作按钮，系统所有的动作可以在操作块上完成．动画显示区主要是以动画的形式将整个加热过程模拟出来，使真个加热过程一目了然、形象生动．

图 4 主界面

2.2 主程序框图

主程序主要是控制淬火的整个过程，主要包括加热、保温、冷却．程序框图如图5所示.

图 5 主程序框图

部分代码如下：

/***************************

加热时间阶段

***************************/

if(\本站点加热按钮==1)

{

if(nCount >= 10)

{

\本站点加热时间设置 =\本站点加热时间设置 - 1;

nCount = 0;

}

else

{

nCount = nCount + 1;

}

if(\本站点加热时间设置==0)

{

\本站点加热按钮=0;

\本站点uttoncover=0;

}

}

/**************************

保温时间阶段

**************************/

if(\本站点加热时间设置==0&&\本站点uttoncover==0)

{

……

}

/*************************

冷却时间阶段完成后停止

*************************/

if(\本站点保温时间设置==0&&\本站点uttoncover==1)

{

……

}

/***循环是否完成***/

if(\本站点冷却时间设置==0&&\本站点uttoncover==1)

{

\本站点冷却按钮=0;

C1.EndFun();//停止计数

C1.Clear();//计数器复位

\本站点循环次数=\本站点循环次数 + 1;

}

}

3 结束语

本系统应用组态王通用监控系统软件，通过实时监测调节，既实现了自动控制，又保证了解热、保温、冷却精确的时间要求，更为重要的是，可以根据它能动态调整的特性找出最佳工艺曲线，使淬火在自动化程度提高的同时，也使得其精度得到提高，同时也可以实现远程操作和监控，改善了工人工作环境．

[参考文献]

[1] 郭祖培，刘 晨．中频淬火过程的微机控制系统[J]．热加工工艺，2000(03)：47-49.

[2] 黄天佑．材料加工工艺[M]．北京：清华大学出版社，2004.