應用背景
針對航空航天的特殊環境和高可靠性的要求，為生產出高品質和高性能的產品，應在真空條件下進行釬焊和熱處理，真空車間中主要包括真空釬焊、真空淬火和真空退火。最為核心的設備是真空爐，控制的關鍵是真空度和溫度參數。
對于投產已十幾年的真空車間，設備明顯老化，真空度和溫度控制的有關性能指標已不能滿足需要，傳統的手動控制系統嚴重地制約了真空釬焊和真空熱處理的品質和工作效率，為此在挖掘已有設備潛力的基礎上，引入自動控制系統勢在必行。
由于PLC具有可靠性高和抗干擾能力強等特點，適用于復雜的順序控制場合，結合真空釬焊工作流程和用戶的實際需要，在本系統中，以PLC作為真空爐電氣控制系統的核心，實現基本的控制目標。為進一步實現真空釬焊、真空淬火和真空退火的有效監控，充分發揮集中管理和分散控制等先進技術的應用，在真空車間中引入真空爐監控系統。
方案設計
主要設備選型
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系統 |
類型 |
廠家 |
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硬件 |
工控機 |
北京宏國興勝工控機及工業液晶顯示屏 |
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PLC |
ORMON CP1E |
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溫控儀表 |
島電FP21 |
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記錄儀 |
瑞典過程 SR5000 |
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軟件 |
組態軟件 |
紫金橋監控組態軟件 |
PLC設計
采用ORMON CP1E系列PLC，支持多路開關量輸入輸出。
通過PLC程序控制爐門的直線開關和旋轉開關，實現對抽真空、加熱、爐門開關、臺車進出等系統的控制。
利用梯形圖編程實現PLC控制和上位機控制兩種方案，上位機能夠通過觸發PLC中的信號控制真空爐的各種閥門狀態。PLC負責完成互鎖控制，保障安全運行。
溫控儀表設計
島電溫控儀表自帶溫度控制功能，可以預置多條溫度控制曲線，并根據情況選擇具體的曲線號。溫控儀表根據溫控曲線設定參數，進行不同時段的PID調節，發出控制信號，通過調整電爐絲的功率，實現對爐溫的自動控制。另外，程序運行、停止、跳步、保持等，都可以通過對應的參數調節控制。
上位機設計
采用紫金橋監控組態軟件，完成真空爐上位機系統的監控功能。紫金橋軟件采用C++開發，各種通訊接口成熟完善，數據處理功能強大，通訊速度快，可靠性高；軟件簡單易用，功能模塊化，易于開發和維護。
詳細功能
用戶登錄：
系統采用權限認證的管理方式，不同級別的用戶，登錄后操作權限會不同。能夠有效的保證系統的正常運行和操作規范，避免“誤操作”和“未知用戶”帶來的運行風險。
操作界面
真空爐的重要操作和控制均在此界面完成。
輸出控制：具備權限的用戶，可以通過按鈕來控制真空爐的各種狀態，控制抽真空、加熱、爐門開關、臺車進出等，控制狀態能夠及時反饋，按鈕會根據不同的狀態顯示不同的顏色。
報警顯示：重要參數出現異常報警時，報警指示燈會點亮。
溫度和真空度顯示：包括上中下三區的溫度、9個測點的溫度值和真空度，以實時值和實時曲線的方式顯示。
溫控儀表操作：提供程序運行/停止，保持，跳步，手動輸出等功能，能夠實時顯示儀表輸出百分比，在“手動輸出”模式下，該百分比可以任意控制調節。
工藝配置
完成溫控表的各個參數配置及操作控制。
參數配置：當前調節的曲線號、結束步、起始溫度都可以設置，每一步的溫度、時間以及PID參數都可以按照預定的方案設置。
運行控制：能夠控制程序運行/結束、程序保持、程序跳步和自整定功能。
趨勢曲線
提供真空度、上中下三區的溫度、1-9個測點溫度的實時/歷史曲線，能夠任意指定查詢的起始時間和時間范圍，方便分析某一段時間范圍內的真空爐運行情況，曲線支持打印，以便歸檔備份。
報警
提供關鍵參數的報警功能，實現實時報警的即時顯示和歷史報警的回溯查詢。可以設置報警提示的優先級，提供【報警確認】功能，方便事件認定。報警信息同樣支持打印功能。
安全管理
系統提供周密的安全管理功能。只有系統管理員才可以打開【用戶信息配置】界面。此界面提供如下功能：
增加用戶：新建系統登錄用戶，能夠指定用戶名、密碼、姓名、用戶級別和用戶時限等參數，其中用戶級別可以根據需要設置。
修改用戶：修改所選用戶的各項參數。
刪除用戶：從系統中刪除該用戶。
以上操作均只有管理員才具備權限。
總結
在真空爐控制系統中引入自動控制，不僅提升了真空釬焊的焊接質量和工作效果，也提高了系統的經濟效率，實現了系統的節能與可持續發展。
經過多個真空爐實際應用的驗證,該系統性能穩定,控制準確,界面友好,提高了真空冶煉作業的自動化程度,降低了操作者的勞動強度,可推廣應用到大型真空冶煉設備中。
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