【正文】 LC：可靠性強、抗干擾能力強；平均故障間隔時間長， 故障修復時間短；適用性強，控制程序可變，減少了控制系統(tǒng)的設計及施工的工作量 [4]。 西門子 PLC：德國西門子公司生產(chǎn)的可編程程序控制器，在我國的應用相當廣泛，在冶金、化工、印刷生產(chǎn)線等領域都有應用，西門子公司的PLC 產(chǎn)品包括 LOGO,S7200， S7300， S7400，工業(yè)網(wǎng)絡， HMI 人機界面，工業(yè)軟件等。該標準規(guī)定采用一個 25 個腳的 DB25 連接器，對連接器的每個引腳的信號內(nèi)容加以規(guī)定，還對各種信號的電平加以規(guī)定，隨著設備的不斷改進，出現(xiàn)了代替 DB25 的 DB9 接口，并且 RXD 接收數(shù) 據(jù)， TXD 發(fā)送數(shù)據(jù)，SG 信號地， 外圍接線圖如圖 32 所示。 感 應 加 熱 電 源現(xiàn) 場 傳 感 信號 ， 控 制 開 關旋 轉 電 動 機伺 服 電 動 機 移 動 電 動 機現(xiàn) 場 繼 電 器電 磁 閥可 編 程 控 制 器 （ P L C ） D V P 3 2 E H 0 0 M 2觸 摸 屏 （ H M I ） D O P A 1 0 T H T D 1電 源 參 數(shù)設 定溫 度 參數(shù) 設 定操 作 界面系 統(tǒng) 模 擬報 警 顯示系 統(tǒng) 目 錄H M I 界 面變 頻 器 圖 31 系統(tǒng)總體框圖 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 10 其中 PLC 和 HMI 通過 RS232 通信線進行數(shù)據(jù)傳輸 [15]。 系統(tǒng)總體框圖 基于三菱 PLC 的感應淬火 [5]控制系統(tǒng)的總體框圖如下圖 31 所示， 控制系統(tǒng)包含常規(guī)的開關量輸入輸出、 模擬量輸入輸出 、位置控制 等功能。工件移動采用伺服電動機 [5]驅動， PLC 控制，同時控制電源啟動與停止、加熱時間、噴液時間、設置觸摸屏，具有工藝編程及記憶功能，因此整個淬火過程分為 3 個階段：淬火、噴液、 冷卻 ， 3個區(qū)域同時獨立運行。 H M I G P 4 7 7 RP L CD V P 3 2 E H感 應 淬 火 裝 置操 作指 令控 制信 息控 制 信 號工 作 現(xiàn) 場現(xiàn) 場傳 感信 號發(fā) 生動 作 圖 23 設計原 理圖 方案分析 本設計要求在生產(chǎn)過程對工件的淬火加熱通過觸摸屏進行顯示與控制，并對運行狀況進行監(jiān)視、保護。 本設計采用 HMI 和 PLC 實現(xiàn)對曲軸感應加熱裝置的控制 ，圖 22 所示為數(shù)控系統(tǒng)控制框圖， GP477R 為帶觸摸屏的顯示操作終端，用于系統(tǒng)參數(shù)、淬火過程工藝參數(shù)顯示和輸入； FX2N128MR 為三菱 PLC，用于機床開關量輸入輸出控制、加熱噴液定時控制等； FX2N2AD 用于加熱電源實際輸出電壓和電流檢測輸入； FX2N2DA 用于工件轉速和加熱電源輸出電壓控制 輸出； FX2N20GM 用于工件或變壓器等升降定位控制。 6．淬火完成，整個淬火過程在觸摸屏上可以顯示和控制。 4．加熱時間到后，伺服電動機啟動，帶動曲軸上升，上升到一定位置，延時一段時間，進行淬火冷卻。 2． 滑行臺前進到一定位置，將曲軸送入到加熱位置，觸碰到限位開 關，前進停止，同時旋轉電機啟動。 圖 21 感應加熱表面淬火原理圖 淬火工藝流程 曲軸的感應淬火生產(chǎn)線主要分成加熱區(qū)、噴液區(qū)和冷卻 區(qū) 3 個部分，這三個部分分別受伺服電動機，移動電動機，旋轉電動機控制 。在加熱層溫度超過鋼的臨界點溫度后迅速冷卻，即可實現(xiàn)表面淬火。工件表 層高密度電流的電能轉變?yōu)闊崮?，使表層的溫度升高，即實現(xiàn)表面加熱。交變磁場的電磁感應作 用使工件內(nèi)產(chǎn)生閉合 的感應電流──渦流。在加熱層溫度超過鋼的臨界點溫度后迅速冷卻，即可實現(xiàn)表面淬火。工件表層高密度電流的電能轉變?yōu)闊崮?，使表層的溫度升高，即實現(xiàn)表面加熱。一般將工件放到感應器內(nèi)，感應器一般是 由輸入中頻或者高頻 的交流電組成的 空心銅管。在感應加熱時，零件就會做切割磁感線 運動，根據(jù)電法拉第電磁感應原理 ，變化著的磁場就會 產(chǎn)生變化的電場，在閉合的導體中產(chǎn)生感應電動勢，電動勢在零件表面 形成 一個閉合 的電流回路，這種電流稱為渦流 [1 ]。 感應加熱基本原理 電流周圍存在有磁場，當導體中通有電流時，在導體 周圍就會產(chǎn)生磁場。 圖 11 曲軸的構造 感應加熱簡介 感應加熱分類 根據(jù)交變電流的頻率高低的不同，感應加熱表面淬火的加熱方式有高頻感應加熱、中頻感應加熱、工頻感應加熱，其加熱的頻率如下介紹 ： 1． 高頻感應加熱 電流頻率選擇范圍 25~300 千赫，加熱層極薄，僅約為 毫米，淬 4 硬層深度為 ~ 毫米，可用于齒輪、汽缸套、凸輪、軸等零件的表面淬火。工件的熱處理和淬火過程對于曲軸的整體性能起著相當重要的作用。曲軸的旋轉可以帶動發(fā)動機的啟動，也可以帶動各種機械設備的旋轉和工作。其材料是由碳素結構鋼或球墨鑄鐵制成的，有兩個重要部位：主軸頸，連桿頸。設計出合適的觸摸屏和編寫好正確的 PLC 程序，將二者之間通過 RS232 通訊電纜進行連接，然后進行模擬，通過查閱資料和向老師請教，解決設計過程中遇到的問題， 使設計能夠順利的完成。在觸摸屏面 控制面板上 還可以 設置一些非常 2 便利有用的功能，比如：登陸界面 設置一些權限，防止非專業(yè)操作人員的誤操作而發(fā)生生產(chǎn)事故；報警功能 ，系統(tǒng)自動檢測設備運行中產(chǎn)生的故 障，并在運行不正常的時候通過報警通知操作人員排查故障，降低損失，淬火監(jiān)控畫面顯示等功能 。 然而為了增加生產(chǎn)效率 和 提高產(chǎn)品的質(zhì)量，更好的完成淬火流程，人們試著通過觸摸屏來完成人機互換 ， 利用觸摸屏與 PLC 的結合來 完成 曲軸感應加熱生產(chǎn)的控制 ， 在觸摸屏上設置相應的擦操作按鈕，與 PLC 相連接，實現(xiàn)對操作設備的自動控制，這樣 可以減少 PLC 控制設備的面板按鈕和其他部件的操作。 很多大型機械設備的生產(chǎn)都會用到 PLC 對其生產(chǎn)進行控制，但是現(xiàn)場操作設備的復雜 ，增加了操作人員的負擔，不僅需要他們在現(xiàn)場對其操作，而 且還需要掌握很多的操作方式，這樣即 增加了誤操作的概率，使設備在運行過程中出現(xiàn)故障， 也 對于操作 人員的安全也是一種威脅 ， 特別是在加工不同工件時，需要對 PLC 中的程序加以更改來適應不同工件的工藝要求，這樣就使工作人員 花費更多的腦力和體力勞動 ，比如編程，當工藝參數(shù)稍微有些差錯就會造成工件的報廢，甚至導致多個工件達不到 生產(chǎn)要求而產(chǎn)生不必要的浪費，對于生產(chǎn)效率的提高就產(chǎn)生了一種阻礙， 當生產(chǎn)過程出現(xiàn)問題時也不容易查找問題所在， 這就需要我們來設計出一種新型的感應加熱技術。 參考文獻 .............................................................................................18 附 錄 .................................................................... 錯誤 !未定義書簽。 結 論 .................................................................... 錯誤 !未定義書簽。 淬火畫面模擬 .............................. 錯誤 !未定義書簽。 參數(shù)設置畫面模擬 ...................... 錯誤 !未定義書簽。 HMI 模擬調(diào)試 ........................................ 錯誤 !未定義書簽。 PLC 程序設計 ............................. 錯誤 !未定義書簽。 PLC 程序控制器 .................................... 錯誤 !未定義書簽。 報警顯示畫面設計 ...................... 錯誤 !未定義書簽。 操作界面設計 .............................. 錯誤 !未定義書簽。 電源參數(shù)設定畫面設計 .............. 錯誤 !未定義書簽。 主畫面設計 .................................. 錯誤 !未定義書簽。 HMI 畫面設計 ........................................ 錯誤 !未定義書簽。觸摸屏的自動化、智能化， PLC 的強大的內(nèi)存功能，二者的結合提高了曲軸的淬火質(zhì)量，極大的增加了加熱裝置的應用性，提高了生產(chǎn)效率。 I 基于 PLC 的曲軸感應加熱裝置控制系統(tǒng)設計 摘 要 本設計通過觸摸屏與 PLC 的結合實現(xiàn)對曲軸感應加熱的控制，在設計的觸摸屏上設置相應的操作按鈕， 這些操作按鈕的存儲器地址與 PLC 的地址相對應 [6]，觸摸屏接收到操作指令后，通過 RS232 通信電纜 可以 將操作信號傳送給 PLC， PLC接收 到正確的操作指令后，將操作信號傳送到對應的操作設備，即可實現(xiàn) 觸摸屏對曲軸的移動、旋轉、加熱、間隙、冷卻等淬火工序的控制 ，完成曲軸感應淬火的特殊工藝的智能化監(jiān)控，替代了復雜而繁瑣的現(xiàn)場操作， 為曲軸感應淬火提供全自動控制。觸摸屏與 PLC 的結合不僅實現(xiàn)了對曲軸感應加熱設備的 自動 控制，還可以對曲軸整個淬火過程進行智能化監(jiān)控，便于查找操作過程中出現(xiàn)的故障。 關鍵詞： 曲軸 ， 感應加熱 ， 淬火 ， PLC， 觸摸屏 II The Control System Design of Crankshaft Induction Heating Device Based on PLC ABSTRACT This design through the bination of touch screen and PLC control system for the crankshaft induction heating, set up the corresponding action button in the design of touch screen, because the memory address of the action buttons correspond to the address of the PLC and touch screen to receive instructions, through RS232 munication cable operation signals to PLC, PLC receives the correct operation instruction, the operation signal to the corresponding equipment operation, touch screen for the movement of the crankshaft can be realized, rotating, cooling, heating, clearance control of quenching process, such as plete induction hardening crankshaft special process of intelligent monitoring, replace the scene of the plicated and tedious operation, provide full automatic control for the induction hardening bination of touch screen and PLC not only realized the automatic control of the crankshaft induction heating equipment, can also to the whole crankshaft quenching process in intelligent monitoring, easy for operation in the process of failures. The automatic and intelligent touch screen, PLC powerful memory function, improve the quenching quality of the crankshaft, the bination of both greatly increased the applicability of heating device, improve the production efficiency. KEY WORDS: Crankshaft， Induction heating， Quenching， Delta PLC， Screen Editor III 目 錄 前 言 .................................................................................................... 1