1、 I 通用感应加热装置控制及参数管理系统设计 摘 要 本 设计是 以 PLC 为控制核心，以 台达 触摸屏 为控制面板的 通用感应加热装置控制系统。 首先 在触摸屏面板上输入各工位的操作指令 以 通信 功能传送 给 PLC，PLC 接受操作指令后 ， 将控制信息传递给工作现场来 完成所需加工工件的传送，固定 、 旋转 、 加热 、 冷却淬火等 多道 工序 ， 实现了人机界面与通用感应加热装置控制系统的有机连接 。 使 生产人员 可以在触摸屏上方便安全的完成生产操作 。 在人机界面可以实现生产的历史信息记录查询功能，故障报警功能，实时监控控制画面功能，以及参数管理配方选择的功能。 利用 PLC
2、的内存功能可以存储 多种工件 加工配方，在触摸屏界面，可以选择下载不同工件的加工配方，还可以现场输入新配方上传到配方数据库中，完成同一系统多种工件的淬火加工。 大大 增加 了加热装置的应用性， 并且提高了生产效率。 关键词： PLC， 台达触摸屏 ， 人机界面 ， 配方 II The Design of General Induction Heating Device Control and Parameter Management System ABSTRACT The design is based on PLC for the control of the core, Delta tou
3、ch screen control panel generic induction heating control system. Each station is first input operating instructions on the touch screen panel to transmit a communication function to PLC, PLC operation instruction after receiving the control information to send the work site of the work piece to acc
4、omplish the desired, fixed, rotation, heating, cooling and quenching multi-channel processes, to achieve the organic connection with the common man-machine interface control system of induction heating device. So that production can be completed to facilitate the production of safe operation on the
5、touch screen. In the man-machine interface can be achieved record production of historical information query function, fault alarm function, real-time monitoring control screen functions, and parameter management formula selected function. Using PLC memory function can store a variety of work piece
6、recipes, touch screen interface, you can choose to download different work pieces recipes, recipes can also be uploaded to the site to enter a new recipe database, complete the same system, a variety of work pieces quenching process. Greatly increasing the use of the heating means, and improves prod
7、uctivity. KEY WORDS: PLC, Delta Touch Screen, HMI, Recipe III 目 录 前 言 . 1 第 1 章 设计方案 . 3 1.1 设计的目的 . 3 1.2 设计的原理 . 4 1.2.1 触摸屏 . 5 1.2.2 PLC 介绍与特点 . 6 1.2.3 感应加热器原理 . 7 1.3 设计方案分析 . 8 1.3.1 方案介绍 . 8 1.3.2 方案结论 .10 第 2 章 系统硬件设计 . 11 2.1 系统结构图 . 11 2.2 主电路图 .12 2.3 硬件介绍及选型 .13 2.3.1 触摸屏选型 .13 2.3.2 PL
8、C 的选型 .13 2.3.3 RS485.15 2.3.4 感应加热器 .16 2.3.5 A/D、 D/A 转换器 .17 第 3 章 软件设计 .20 3.1 软件顺序功能图 .20 3.2 梯形图 .21 第 4 章 触摸屏设计 .22 4.1 仿真软件介绍 .22 4.2 触摸屏模块功能设计 .22 4.2.1 用户登录界面设计 .22 4.2.2 菜单画面设计 .23 4.2.3 机床操作画面 .23 IV 4.2.4 监控画面 .24 4.2.5 报警信息与测试画面 .25 4.2.6 历史数据画面 .26 第 5 章 参数配方管理功能 .28 5.1 配方功能 .28 5.2
9、管理配方设计 .29 第 6 章 触摸屏仿真结果 .31 结 论 .34 谢 辞 . 错误 !未定义书签。 参考文献 .36 附 录 .37 外文资料翻译 .40 1 前 言 随着社会的不断进步，以及科技的不断发展，人们需要更多的精密仪器和智能设备来代替人们完成一些高难度，复杂环境的工作。这样就对很多生产制造工艺的要求越来越高。 PLC 作为在很多工业都要用到的一种控制方式，其控制设备的复杂程度也 会 越来越高，这样就不仅增加了操作人员的负担，使他们需要记住更多复杂的操作方式，而且也增加了误操作的概率，使设备在运行过程中出现故障，对于人员的安全也是一种威胁。 特别 是在加工不同工件时，需要对
10、PLC 中的程序加以更改来适应不同工件的工艺要求，这样就使工作人员需要掌握更多的技能来完成他们的工作，比如编程，当工艺参数稍微有些差错就会造成工件的报废，甚至导致多个工件达不到生产要求而产生不必要的浪费，对于生产效率的提高就产生了一种阻碍。 目前国内外对于通用感应加热淬火的研究都在朝着柔性化发展，即一台加热设备可以完成多种工件的不同工艺参数的淬火加工， 德国研制 出 一种曲轴淬火机床， 对 法兰件感应淬火柔性加工系统调整 后，就 能处理不同尺寸的相似工件 ;对于 一些 淬火要求 相似 的轴类零件，淬火机 床 能 自动编制多 种程序，识别进机零件 ， Robotron.Eiotherm 还 推出
11、了双主轴立式淬火机，可以 在一个紧凑的工艺单元内进行工件的淬火与回火， 不仅 能处理轮轴、三槽套 件还能处理 其他万向节件，转换工件只需 2 5min，用计算机编程，根据工件 编 号 可以 在 2 分钟 内就调出有关 的 工艺数据 ;其 数控淬火设备通用性强、自动化程度，在复杂零件上可实现多段变功变速，编程容易、操作方便。 我国 研究的 通用淬火机床方面，一汽技术中心开发 出 卧式数控淬火机床 ，其 主驱动采用交流伺服电机拖动，移动速度稳定均匀、定位准确、重复精度高 ;工 件 的 旋转采用 变频调速，能 够 适应多 个 方面 的 工艺要求 ;采用能量和数控技术对不同性能要求的不同零件感应加热淬
12、火，甚至在同一零件上实现多段变功变速，编程容易可操作性强。 而为了增加生产效率，和产品的质量，更好的完成淬火流程， 人们试2 着通过触摸屏来完成人机交互，控制 PLC 完成生产工作， 使用触摸屏连接PLC 控制现场可以减少 PLC 控制设备的面板按钮和其他部件的操作。 在触摸屏界面可以选择生产的工件型号，在 PLC 内存中读取本型号工件的生产工艺数据，下载到当前任务中，完成工件生产要求。在需要更改新工件的生产数据时，可以直接在触摸屏的数据控制 面版上更改，上传到 PLC 内存中以便下次调用。 在触摸屏面板上还可以集成一些非常便利有用的功能，比如：登陆界面，可以设置一些权限，防止非专业操作人员的
13、误操作而 发生 生产事故；报警功能，系统自动检测设备运行中产生的故障，并在运行不正常的时候通过报警通知操作人员排查故障，降低损失 等。 另外还 可以增加更多人机交互的功能，使工作更加方便简洁。 在设计中，我们需要完成的问题就是了解淬火机床的整个运行流程，和触摸屏模块的设计，以及触摸屏与 PLC 之间的通信连接。通过查找大量的资料，以及实际设备的观察，还有和老师之间的交流，上述问 题慢慢的得到解决， 使本设计得以顺利的进行。 3 第 1 章 设计 方案 1.1 设计的 目的 感应淬火装置主要由中高频电源、淬火机床、控制系统、监控系统、冷却系统等组成。立式通用淬火机床是众多感应淬火机床之一。本设计
14、详细论述了 HMI 通用淬火机床控制系统的设计方法和研制过程，主要解决了目前国内大量需求的立式通用淬火机床的自动化控制问题。该机床在控制上可以实现控制方式选择，控制配方选择以及监控生产等功能。可向电源发出加热、淬火、冷却等控制信号，通过配方的不同改变工位的不同控制，实现工件的自动移动，旋转等功能。 可以广泛应用于汽车、工程机械、农业机械、机床行业的感应热处理领域，对半轴、传动轴、凸轮轴等各种轴类零件表面淬火，齿轮类、环类及平面类零件的感应淬火的自动加工，节省了以往需要太多专用机床的高额费用。由于采用经济型数控系统单台费用较其他数控系统降低。该系统在操作上可以实现手动操作及全自动操作，并且操作简
15、单，不需要再编程，适用于一般操作人员，便于调试。并能用于单件及批量生产。通过与触摸屏的连接，使得控制方法更加简便，减少了误操作，可以实现以下几种功能。 1. 实时控制 通常的淬火机床控制更多的需要操作员工的经验，通过观 察传感器的指示灯来控制各开关的开通关断，这样对于操作人员的要求很高，而且在更换加工工件时需要更改不同的程序和操作方式，往往容易出现误操作，生产效率提不高。而在人机交互画面，通过触摸屏控制可以比较清晰的知道工件的加工状态，按钮开关集成到触摸屏上直观的减少了误操作频率，通过触摸屏输入操作指令也减少了加工现场对于员工的潜在危险。 2. 监控功能 在人机交互画面可以实时观察通过现场感应
16、器发出来的信号，比如现场温度，工作电压，工作电流等。工作区的条件是否达到了生产要求，都可以通过监控画面使操作人员清晰的了解。 4 3. 数据查询 生 产过程中，历史数据记录功能会将运行中记录下的数据传送到指定的地方储存起来，方便人们了解生产记录，对于生产中出现的问题进行汇总，解决一些生产问题。 4. 报警功能 在一些不利于生产的因素产生时，比如温度过高，电压不稳定，或者感应器工作不正常时，会产生报警。及时通知工作人员检查工作设备，通知检修人员查询报警原因，减少因为一些因素出现时间过长而导致的生产目标完不成等事件发生、提高了效率。 5. 配方功能 对于不同的生产工件会有不同的生产配方，在 PLC
17、 内部可以存储一些平时生产需要的配方，通过触摸屏可以调用，当出现新的生产工件时 ，可以通过 U 盘将新的生产配方导入 PLC 内部，还可以通过触摸屏输入新的配方上传到 PLC 存储区。更改配方更简单，降低了工作人员的工作强度和要求。 1.2 设计的 原理 本设计是采用以 PLC 为控制中心，台达触摸屏为人机界面的控制系统。其系统原理图如图 1-1 所示： P L CS 7 - 2 0 0感 应 淬 火 装 置台 达 触 摸 屏工 作 现 场现 场 信 号控 制 信 号发 生 动 作触 摸 信 号控 制 信 息图 1-1 系统原理图 5 在该系统中， PLC 的作用是采集现场的实时生产信息，将采
18、集到的各类生产数据传送至人机界面，比如：各工位的开关信号，限位信号，以及感应器的工作状态，各类传感器信号灯。在人机界面可以以图形的形式显示出现场的工作状态，并且对 PLC 发出控制信号，使 PLC 各 I/O 点做相应控制，达到控制现场的目的，这样使工作人员对工件状态一目了然，也可以方便的 控制系统的运行。 1.2.1 触摸屏 本设计的要点就在于触摸屏的使用，所以触摸屏的选择很关键。 台达触摸屏主要分为三种：标准功能型 DOP-A、简易轻巧型 DOP-AS 和进阶扩展型 DOP-AE。其外观如图 1-2 所示 ； 图 1-2 台达触摸屏 DOP 触摸屏主要具有以下功能： 1. 支持多家厂商 P
19、LC。（台达、西门子、欧姆龙、三菱等）； 2. 支持任意字体的画面编辑器； 3. 便利的运算和通信宏指令； 4. USB 功能； 6 5. 便利的配方功能； 6. 强大的联机功能； 7. 模拟功能。 1.2.2 PLC 介绍与特点 PLC 可编程逻辑控制器实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为： 1. 电源 :可编程逻辑控制器的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此，可编程逻辑控制器的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在 +10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将 PLC 直
20、接连接到交流电网上去 2. 中央处理单元 (CPU)： 中央处理单元 (CPU)是可编程逻辑控制器的控制中枢。它按照可编程逻辑控制器系统程序赋予的 功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、 I/O 以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当可编程逻辑控制器投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入 I/O映 像 区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入 I/O 映 像 区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将 I/O 映像 区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。 3. 存储器 :存放系统软件的存储器 称为系统程序存储器 ;存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。 4. 输入输出接口电路 ： 现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是可编程逻辑控制器与现场控制的接口界面的输入通道 ;现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用可编程逻辑控制器通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。 5. 功能模块 ： 如计数、定位等功能模块。 6. 通信模块 ：在 PLC 的 CPU 单元或者专用通信模块上，集成有 RS-232
