【正文】 ve a move wider area to manmachine interface to make the operation convenience and lively and humanity。The system adopted MCGS supervision software to go toghter with Evoc industry control puter ,make full use of it39。s strong open character and work function,realize the puter supervision to this advantage of Simens CP3431 module and fiber equipment,to make the system data can use faraway supervision by ether ,whitch make the data deliver more safer and whole design achieve the system39。s selftroubleshooting,give an alarm and protect functions .The execute anization being controllde has the strong ability to permit wrong . Keywords:Heat treatment。configuration software。works。optical fiber。human machine interface 1 系統(tǒng)簡介 選題背景 隨著計算機(jī)技術(shù)和自動化技術(shù)的發(fā)展，計算機(jī)控制系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化中，極大地提高了工廠裝備的技術(shù)水平、促進(jìn)了生產(chǎn)集成化、提高了產(chǎn)品質(zhì)量、保證了生產(chǎn)的安全可靠。PLC 已成為工業(yè)自動化 [1]的三大支柱之一。但是在一些老的工業(yè)電爐熱處理生產(chǎn)線 [2]中，控制方面有的還停留在老式的繼電器控制，人工操作等生產(chǎn)模式，既浪費資源而且生產(chǎn)效率、企業(yè)效益也不高，迫切的需要設(shè)備的技術(shù)改造。 當(dāng)今，新時代特征需要新的組織模式，科研與產(chǎn)業(yè)信息化、網(wǎng)絡(luò)化成為必然趨勢。 ―熱處理網(wǎng)絡(luò)化 ‖是將一個地區(qū)乃至全國 的熱處理 [3]車間、專業(yè)廠家和科技單位根據(jù)各自原有條件進(jìn)行軟、硬資源整合，從宏觀角度發(fā)揮其自身優(yōu)勢和特點，利用信息和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（主要是Inter/Intra/Extra）形成動態(tài)聯(lián)盟，建立熱處理網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)智能化、網(wǎng)絡(luò)化。 當(dāng)今眾多行業(yè)利用新的科技成果，縮小企業(yè)規(guī)模，實現(xiàn)企業(yè)重組，提高整合外部資源的范圍、規(guī)模、層次，把各方聯(lián)合在一個 ―虛擬企業(yè) ‖之內(nèi)，在共同信任的基礎(chǔ)上建立一個長久的關(guān)系（聯(lián)盟），以最低成本、最快速度響應(yīng)市場。國際互聯(lián)網(wǎng)（ Inter）中國模具工業(yè)信息網(wǎng)也已于 1998 年建立， 旨在促進(jìn)中國模具業(yè)與世界各國的經(jīng)貿(mào)合作，加強(qiáng)模具企業(yè)、模具科研與模具相關(guān)的企業(yè)、科研單位之間的交流，增強(qiáng)模具業(yè)科技實力，宣傳我國的模具企業(yè)，提高其競爭能力。中國在國際互聯(lián)網(wǎng)上建立中國模具行業(yè)網(wǎng)，國內(nèi)外商家和科研看為可通過該網(wǎng)詳細(xì)了解中國模具行業(yè)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)、貿(mào)易信息及科研水平，在實現(xiàn)企業(yè)與市場對話的同時，加強(qiáng)了行業(yè)內(nèi)的信息交流。在其他行業(yè)利用新的科技成果快速發(fā)展的今天，熱處理業(yè)的發(fā)展面臨著巨大的挑戰(zhàn)，加快網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)是當(dāng)務(wù)之急。 基于我國熱處理現(xiàn)狀和與相關(guān)行業(yè)的聯(lián)系必須實現(xiàn)熱處理網(wǎng)絡(luò)化，材料熱處理計算機(jī)模擬、熱 處理 CAD、熱處理專家系統(tǒng)及熱處理智能控制等項目的研究和實施，應(yīng)避免重復(fù)，形成協(xié)同開發(fā)，急特實現(xiàn)熱處理網(wǎng)絡(luò)化，科研與企業(yè)相結(jié)合有待實現(xiàn)熱處理網(wǎng)絡(luò)化。 科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，特別是信息和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展同科研和生產(chǎn)的密切結(jié)合，提供了巨大的技術(shù)可能性。熱處理生產(chǎn)不僅應(yīng)重視物流的通暢，更應(yīng)將其與信息高速公路連為一體，使市場需求、先進(jìn)工藝、生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)經(jīng)驗和科研成果等一系列資源通過網(wǎng)絡(luò)交流與共享。 實現(xiàn)熱處理網(wǎng)絡(luò)化的前景。 將極大地促進(jìn)中國熱處理行業(yè)與世界各國的合作，加強(qiáng)熱處理企業(yè)與其相關(guān)企業(yè)之間的交流，提高其競爭能力 。國內(nèi)外商家可通過熱處理網(wǎng)站詳細(xì)了解中國熱處理行業(yè)的各種信息。實現(xiàn)企業(yè)與市場對話，加強(qiáng)行業(yè)內(nèi)的交流。 及時介紹國內(nèi)外熱處理最新科研和生產(chǎn)信息，入網(wǎng)單位將可免費獲得網(wǎng)上信息和圖文等資料，智能化地學(xué)習(xí)和獲取工具以及工藝信息，使分布信息共享，避免重復(fù)性研究。 控制學(xué)院 ********班 學(xué)生 ******畢業(yè)設(shè)計 第 7 頁 共 50 頁 （熱處理）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工藝流程圖 圖 11 熱處理生產(chǎn)線俯視示意圖 工業(yè)電爐的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 如圖 11 熱處理生產(chǎn)線俯視示意圖所示，熱處理 工業(yè)爐 進(jìn)料門（ A門），風(fēng)冷室進(jìn)料門（ B 門），風(fēng)冷室出料門（ C 門）和熱處理 工業(yè)爐 的出料門（ D 門）分別靠 A門電機(jī)， B 門電 機(jī)， C 門電機(jī)和 D 門電機(jī)帶動開啟（上升）或關(guān)閉（下降）。 該系統(tǒng)流程為： 料盤首先由 A門的電機(jī)帶動絲杠推桿將料盤推入，到達(dá) B門的時候，由 B門處的軟推桿推進(jìn)風(fēng)冷室，再由 C 絲杠推桿推到 D 門口處，由 D 門出的絲杠拉桿拉出來。 首先通過手動調(diào)整，將 A、 B、 C 和 D 四處的推桿（拉桿）恢復(fù)到后限位處，然后將 A、B、 C 和 D門關(guān)閉（下降）至下限位處，出料限位開關(guān)并不被觸及（ D 門口無料），即完成了自動流程運行前的初始化過程，系統(tǒng)進(jìn)入自動流程待啟狀態(tài)（具體操作詳見三、 3．手動調(diào)整實現(xiàn)系統(tǒng)初始化狀態(tài)），當(dāng)自動流程啟動以后，首先檢測風(fēng)冷 室里的溫度是否達(dá)到要求的溫度 400℃ ，當(dāng)溫度達(dá)到之后， C門開啟，當(dāng) C門到達(dá)上限位的時候， C門的絲杠推桿開始前推，（將料盤推入到低溫保溫爐），直到絲杠觸及到前限位開關(guān)后推桿后退，當(dāng)后退觸及后限位開關(guān)的時候 C門開始關(guān)閉，當(dāng)絲杠觸及到后限位開關(guān)的時候停止，而門碰到下限位開關(guān)的時候同樣也是停止。這個時候，靠近 D 門的料盤觸及到了 D門的料位限位開關(guān)， D 門開始開啟，當(dāng)觸及到上限位開關(guān)的時候停止，同時 D 門絲杠開始前進(jìn)，到達(dá)前限位停止，同時開始后撤，這個時候?qū)⒆羁拷麯 門的料盤拖出，當(dāng) D桿觸及到中限位的時候，料盤已經(jīng)脫離了門的 位置，這個時候 D 門開始關(guān)閉，當(dāng) D 桿觸及到后限位停止，而 D 門觸及到下限位也停止。當(dāng) C門關(guān)閉的同時， B 門開啟，到達(dá)上限位停止， B 門的軟推桿開始向前推，使料盤進(jìn)入風(fēng)冷室， B 軟推桿到達(dá)前限位之后停止， B軟桿開始后退，當(dāng) B 軟桿推到中限位的時候， B 門開始關(guān)閉，當(dāng) B 桿到達(dá)后限位后停止后退，門到達(dá)下限位停止下降，此時， A門上升，當(dāng)?shù)竭_(dá)上限位后停止上升，同時， A門的絲杠推桿開始前推，到達(dá)前限位停止前進(jìn)并開始后撤，當(dāng) A絲杠到達(dá)中限位的時候， A門開始下落，直到觸及到下限位開關(guān)，門停止下落，此時 A絲杠也觸及到后限位，停止后退。一個 周期控制學(xué)院 ********班 學(xué)生 ******畢業(yè)設(shè)計 第 8 頁 共 50 頁 的自動流程完畢。 為了充分體現(xiàn)用戶的利益，減少進(jìn)出料過程中的熱損耗，盡早關(guān)閉 A門、 B門和 D 門，而設(shè)置絲杠推桿中限位開關(guān)，目的是不必等待油缸推桿后拉到后限位即可提前關(guān)閉各門。 控制學(xué)院 ********班 學(xué)生 ******畢業(yè)設(shè)計 第 9 頁 共 50 頁 2 系統(tǒng)方案確定 系統(tǒng)要求 實現(xiàn)上述熱處理工藝流程的自動化順序控制，設(shè)置必要的保護(hù)措施。為確保系統(tǒng)的安全性，當(dāng)系統(tǒng)某一部分出現(xiàn)故障時 (如限位開關(guān)被撞壞、爐門打滑等 )， PLC 能對它們實時監(jiān)測，記憶鎖存，并快速指示報警。在操作方式上，實現(xiàn)既能從進(jìn)料到出料的整個過程自動化，又能實現(xiàn)各個環(huán)節(jié)的手動控制； 在 手動控制時，不僅 能在操作室屏上進(jìn)行控制，也能在現(xiàn)場觸摸屏上實現(xiàn)控制。實現(xiàn)系統(tǒng)間的安全聯(lián)鎖， 同時 將數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行上位機(jī)傳輸 、完成 遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)監(jiān)控等功能 。 中央控制器方案選擇 S7300 是模塊化中小型 PLC 系統(tǒng)，它能滿足中等性能要求的應(yīng)用。 具有 模塊化，無排風(fēng)扇結(jié)構(gòu)，易于實現(xiàn)分布，易于用戶掌握等特點 ， 使得 S7300 成為各種 由 小規(guī)模到中等性能要求控制任務(wù)的方便又經(jīng)濟(jì)的解決方案。 西門子系列 PLC 相比于東方國外品牌（如歐姆龍、三菱等）及國內(nèi)品牌（力陽等）牌子的質(zhì)量 與 穩(wěn)定性要好一些， 與 西方品牌（如 AB 等）價格 相比 要便 宜一些，綜合以上原因，為了使系統(tǒng)即穩(wěn)定又經(jīng)濟(jì)，我們選擇西門子 PLC。 西門子 PLC 種類繁多，為了實現(xiàn)該系統(tǒng)功能且保證穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)，我們需對其進(jìn)行選型。 工業(yè)控制計算機(jī)的方案選擇 工業(yè)控制計算機(jī)是通用微型計算機(jī)適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)控制要求發(fā)展起來的一種控制設(shè)備 。 硬件結(jié)構(gòu)方面總線標(biāo)準(zhǔn)化程度高、 兼容性強(qiáng)，而軟件資源豐富，特別是有實時操作系統(tǒng)的支持，故對要求快速、實時性強(qiáng)、模型復(fù)雜、計算工作量大的工業(yè)對象的控制占有優(yōu)勢。 在過程自動化系統(tǒng)中，經(jīng)過甄選的研祥各部件相互協(xié)同工作。高擴(kuò)展性和堅固性、簡單或冗余配置、豐富的通 訊功能、集成系統(tǒng)功能，以及簡單的集中式或分布式外圍設(shè)備連接是該工控機(jī)的特點。甄選的各種產(chǎn)品型號以其優(yōu)秀的性價比，可能靈活應(yīng)對各種不同的任務(wù)要求。在所有自動化系統(tǒng)中， 都標(biāo)準(zhǔn)集成有 PCI 總線。根據(jù)需要，還可以另外插入 PROFIBUS 通訊模板。 綜合以上原因，對本系統(tǒng)，我們選用研祥的工控機(jī)做為上位機(jī)控制。 觸摸屏在工業(yè)電爐中的應(yīng)用 觸摸屏是一個使多媒體信息或控制改頭換面的設(shè)備，它賦予多媒體系統(tǒng)以嶄新的面貌， 是極富吸引力的全新多媒體交互設(shè)備。發(fā)達(dá)國家的系統(tǒng)設(shè)計師們和我國率先使用觸摸屏的系統(tǒng)設(shè)計師們已經(jīng) 清楚的知道， 觸摸屏對于各種應(yīng)用領(lǐng)域的電腦已經(jīng)不再是可有可無的東西，而是必不可少的設(shè)備。它極大的簡化了計算機(jī)的使用， 即使是對計算機(jī)一無所知的人， 也照樣能夠信手拈來，使計算機(jī)展現(xiàn)出更大的魅力。解決了公共信息市場上計算機(jī)所無法解決的問題。 該系統(tǒng)從其功能及性價比的角度考慮，我們選擇臺達(dá)的 DOPA75CSTD 彩色工業(yè)觸摸屏。 控制學(xué)院 ********班 學(xué)生 ******畢業(yè)設(shè)計 第 10 頁 共 50 頁 通訊網(wǎng)絡(luò)在工業(yè)電爐中的應(yīng)用 隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展， Inter 正在把全世界的計算機(jī)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)逐漸集成起來，形成信息高速公路，形成公用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。在此基礎(chǔ)上，傳統(tǒng)的工業(yè)控制領(lǐng) 域也正經(jīng)歷一場前所未有的變革，開始向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，形成了新的控制網(wǎng)絡(luò)?？刂葡到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)從最初的 CCS(計算機(jī)集中控制系統(tǒng) )，到第二代的 DCS(集散控制系統(tǒng) )，發(fā)展到現(xiàn)在流行的 FCS(現(xiàn)場總線控制系統(tǒng) )。而新一代的工業(yè) Ether 控制系統(tǒng)又將引起工控領(lǐng)域新的變革。 為了克服 DCS系統(tǒng)的技術(shù)瓶頸，進(jìn)一步滿足現(xiàn)場的需要，現(xiàn)場總線技術(shù)應(yīng)運而生，它實際上是連接現(xiàn)場智能設(shè)備和自動化控制設(shè)備的雙向串行、數(shù)字式、多節(jié)點通信網(wǎng)絡(luò)，也被稱為現(xiàn)場底層設(shè)備控制網(wǎng)絡(luò) (INFRANET)。和 Inter、 Intra 等類 型的信息網(wǎng)絡(luò)不同，控制網(wǎng)絡(luò)直接面向生產(chǎn)過程，因此要求很高的實時性、可靠性、資料完整性和可用性。為滿足這些特性，現(xiàn)場總線對標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議作了簡化，省略了一些中間層，只包括 ISO／ OSI7 層模型中的 3 層：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。 現(xiàn)場總線在發(fā)展的最初，各個公司都提出自己的現(xiàn)場總線協(xié)議。 IEC 組織于 1999 年 12 月31 日投票，確定了 8大總線作為國際現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，其中包括 CAN Bus、 Profit Bus、 、Mod Bus、 FOUNDATION Fieldbus 等等。 同時網(wǎng)絡(luò)的實時性和 穩(wěn)定性，在工業(yè)電爐現(xiàn)場控制的數(shù)據(jù)傳輸中起到了較好的作用。 光纖在施工現(xiàn)場中的應(yīng)用 光纖是一種將訊息從一端傳送到另一端的媒介。是一條玻璃或塑膠纖維，作為讓訊息通過的傳輸媒介。由於光纖是一種傳輸媒介，它可以像一般銅纜線，傳送電話通話或電腦數(shù)據(jù)等資料，所不同的是，光纖傳送的是光訊號而非電訊號。因此，光纖具有很多獨特的優(yōu)點。如：寬頻寬、低損耗、 屏蔽電磁輻射、重量輕、安全性、隱密性。光纖系統(tǒng)的傳輸過程也大致相同。電子訊號輸入后，透過傳輸器將訊號數(shù)位編碼，成為光訊號 ,光線透過光纖為媒介，傳送到另一端的接受器 ,接受器再將訊號解碼，還原成原先的電子訊號輸出。 光纖有許多優(yōu)于銅線和同軸電纜的優(yōu)點。因為它的抗張強(qiáng)度好，質(zhì)量小，而且比較小巧，所以光纜能最大限度的擴(kuò)大配線管道的使用率，并且能夠盡可能的減小安裝問題。這就是電話公司喜歡使用光纖的原因。許多現(xiàn)有的電纜管道已經(jīng)完全裝滿了，不可能再增加新的電纜。把所有的電纜用光纖來代替可以節(jié)約很多空間，并且銅材料制造商在制造銅線時加價很多。光纖比銅線輕很多， 1,000 根 1km長的雙絞線重達(dá) 8,000kg，而容量更大的 1km 長的兩根光纖的重量只有 100kg重，這就極大減少了必須維護(hù)的 昂貴機(jī)械支撐系統(tǒng)的需要。對于新的線路，因為安裝費用低廉，所以光纖要勝過銅線。 因為光纖不帶電，所以它們是用于易燃、易爆等危險環(huán)境的理想方法，在這種環(huán)境下，如果使用銅線，當(dāng)銅線破裂時從缺口處爆出的火花將會引起爆炸事故的發(fā)生。而且，如果光纖被破壞，對人類也不會造成電擊的危險。另外，并不像用于結(jié)構(gòu)性配線安裝的傳統(tǒng)銅線和鋁線會發(fā)生腐蝕一樣，玻璃纖維是耐蝕的材料。 尤其是在信號傳輸方面，光纜有著傳統(tǒng)電纜所無可比擬的優(yōu)點。因為光纖不會受電磁場的干涉影響，所以光纖提供了比銅線更清晰的信號。光纖