本文介紹了中頻真空感應(yīng)釬焊爐以PLC為系統(tǒng)控制核心，輔助工業(yè)用計(jì)算機(jī)及觸摸屏為人機(jī)界面，梯形圖為編程語(yǔ)言，LabVIEW圖形化組態(tài)軟件；詳述了控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、難點(diǎn)及解決方法；依據(jù)控制系統(tǒng)工藝要求，完成了系統(tǒng)硬件及軟件的設(shè)計(jì)；設(shè)備使用證明系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單方便，穩(wěn)定可靠，滿足系統(tǒng)控制要求。

　　本真空感應(yīng)釬焊爐（型號(hào)ZGS8-1150-12W）是為某航天單位火箭噴管的釬焊而研制的專用設(shè)備，可用于銅鋼、鋼鋼、不銹鋼、銅與高溫合金的真空釬焊。因此，對(duì)設(shè)備的安全性、可靠性、控制精度等都有更高的要求。設(shè)備主要由電氣控制系統(tǒng)、爐體、感應(yīng)電源（2.5kHz）、水冷系統(tǒng)等組成。

　　設(shè)備運(yùn)行時(shí)，中頻感應(yīng)電源產(chǎn)生嚴(yán)重的電磁干擾信號(hào)，且工件及測(cè)溫?zé)犭娕茧S大軸在爐體內(nèi)旋轉(zhuǎn)，測(cè)溫?zé)犭娕夹盘?hào)通過(guò)特殊的連接方式傳送到監(jiān)控系統(tǒng)，因此減小電磁干擾信號(hào)和提高測(cè)溫?zé)犭娕嫉臏y(cè)控精度是該系統(tǒng)的難點(diǎn)。為了減小感應(yīng)電源產(chǎn)生的電磁干擾信號(hào)對(duì)控制系統(tǒng)儀表及控制器的干擾，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況將控制系統(tǒng)盡可能遠(yuǎn)離干擾源，控制系統(tǒng)部分電源加裝輸入濾波和隔離變壓器、強(qiáng)弱電分層布線、信號(hào)線采用屏蔽雙絞線、設(shè)有獨(dú)立的信號(hào)地線與控制系統(tǒng)地線及單端接地的方式，通過(guò)多次工藝流程調(diào)試并調(diào)整測(cè)溫?zé)犭娕夹盘?hào)的偏差，提高了溫度測(cè)量的準(zhǔn)確度。

　　該控制系統(tǒng)所用的硬件主要有PLC（Omron）、溫度控制器（Yamatake）、有紙記錄儀（Honeywell）、真空計(jì)（Leybold）等，上位監(jiān)控組態(tài)軟件用labview（NI），軟件中不包含這些硬件的通訊驅(qū)動(dòng)程序，要解決此軟硬件之間的通訊問(wèn)題并實(shí)現(xiàn)工控機(jī)的監(jiān)控、記錄、參數(shù)設(shè)置等功能，需要有對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序。針對(duì)此控制系統(tǒng)的特殊性，在labview 開(kāi)發(fā)包的基礎(chǔ)上， 選用了Application Builder 和Datalogging and Supervisory ControlModule、NI OPC Servers 工具包。通過(guò)OPC 技術(shù)的應(yīng)用，解決了計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件labview 與PLC 之間的通訊問(wèn)題，而真空計(jì)、記錄儀和控溫儀不支持OPC 技術(shù)且通訊協(xié)議各不一樣，針對(duì)此問(wèn)題開(kāi)發(fā)了上述儀器儀表專用的驅(qū)動(dòng)程序，從而實(shí)現(xiàn)了通訊目的。

1、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　1.1、控制系統(tǒng)工藝流程

　　裝入工件，將測(cè)溫偶固定在工件上的適當(dāng)位置，控制系統(tǒng)上電，啟動(dòng)上位機(jī)，開(kāi)啟供氣、供水系統(tǒng)，各報(bào)警指示燈應(yīng)不亮，報(bào)警蜂鳴器無(wú)響應(yīng)。將爐門(mén)車關(guān)閉并爐門(mén)齒圈鎖緊到位，開(kāi)始對(duì)爐門(mén)密封圈充氣，當(dāng)壓力達(dá)到設(shè)定值時(shí)停止充氣，關(guān)閉熱交換器進(jìn)出氣擋板閥，進(jìn)行釬焊信息的設(shè)定。

　　分別啟動(dòng)爐體和工件小車抽空系統(tǒng)，當(dāng)爐體真空度達(dá)到工藝要求值時(shí)，依次關(guān)閉截止閥及爐體真空機(jī)組，回填充氣，當(dāng)充氣壓力達(dá)到工藝要求時(shí)，回填閥自動(dòng)停止充氣；當(dāng)小車真空度達(dá)到工作真空度時(shí)，旋轉(zhuǎn)工件軸，調(diào)節(jié)合適的旋轉(zhuǎn)速度，進(jìn)行加熱工藝（檢查有關(guān)儀表、線路正常后，確認(rèn)溫控表內(nèi)的工藝曲線，按動(dòng)“加熱電源”啟動(dòng)按鈕，加熱主回路上電，再按動(dòng)加熱逆變啟動(dòng)按鈕，加熱逆變回路上電，溫控表開(kāi)始按設(shè)定曲線運(yùn)行。加熱工藝完成后，依次切斷逆變電源、加熱主回路電源，開(kāi)始降溫，待爐溫降至工藝要求值時(shí)，打開(kāi)熱交換器的進(jìn)出氣口擋板閥、強(qiáng)冷風(fēng)機(jī)，當(dāng)溫度降到工藝要求值后關(guān)閉強(qiáng)冷風(fēng)機(jī)、進(jìn)出氣口擋板閥。當(dāng)爐內(nèi)溫度達(dá)到出爐溫度時(shí)，停止小車抽空機(jī)組，開(kāi)啟爐體機(jī)組放氣閥、爐體卸荷閥與密封圈放氣閥，開(kāi)啟小車放氣閥，當(dāng)放氣至當(dāng)?shù)卮髿鈮簳r(shí)，放氣結(jié)束，爐門(mén)鎖定解除，爐門(mén)松開(kāi)到位，小車退至要求地點(diǎn)自動(dòng)停車。最后，關(guān)閉所有冷卻水，拆卸產(chǎn)品，小車進(jìn)到位自動(dòng)停止，關(guān)閉所有電源，完成整個(gè)釬焊過(guò)程。

　　1.2、控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　整個(gè)控制系統(tǒng)分為用戶管理層、監(jiān)控層、控制層三部分。系統(tǒng)設(shè)有兩套操控界面，即計(jì)算機(jī)控制和控制柜按鈕控制，兩者相互獨(dú)立，當(dāng)其中一套有故障時(shí)可切換至另一套進(jìn)行操控，不影響設(shè)備的運(yùn)行�？刂乒耖T(mén)板和計(jì)算機(jī)監(jiān)控界面設(shè)有設(shè)備工況模擬圖，實(shí)時(shí)顯示設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)；設(shè)有冷卻水水壓、水流量、水溫、爐體超溫、超壓等報(bào)警顯示及指示�？刂葡到y(tǒng)設(shè)有手動(dòng)和自動(dòng)控制兩種方式，根據(jù)情況自由選擇。控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

　　控制系統(tǒng)由研華工控機(jī)、ELO 顯示器（有觸摸功能）、PLC、溫度控制器（DCP551）、DPR250 有紙記錄儀、CM51 真空計(jì)、打印機(jī)等組成。PLC 系統(tǒng)編程語(yǔ)言為梯形圖，按照模塊化的編程方式，使軟件程序結(jié)構(gòu)清晰，可讀性強(qiáng)，并且有安全連鎖設(shè)置，從而提高了設(shè)備運(yùn)行的可靠性。溫度控制器按照熱工要求設(shè)定升溫曲線，實(shí)現(xiàn)對(duì)爐體的溫度控制；記錄儀可將采集到的溫度值、真空度、爐體壓力實(shí)時(shí)顯示或打印；真空計(jì)實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前爐體的真空度�？刂葡涤布�結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

圖2 控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

　　1.3、控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　上位監(jiān)控軟件采用LabVIEW，LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是美國(guó)NI公司的創(chuàng)新軟件產(chǎn)品，也是目前應(yīng)用最廣泛、發(fā)展最快、功能最強(qiáng)的圖形化軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境。它是一種基于圖形編程語(yǔ)言（G 語(yǔ)言）的開(kāi)發(fā)環(huán)境，主要是以框圖形式編寫(xiě)程序，數(shù)據(jù)流控制結(jié)構(gòu)、程序調(diào)制工具，以及層次化、模塊化的編程特點(diǎn)。傳統(tǒng)編程語(yǔ)言用文本語(yǔ)言編程，Labview最大的特點(diǎn)就在于它是一種圖形化編程語(yǔ)言（即各種圖標(biāo)、圖形符號(hào)、連線等），以框圖的形式編寫(xiě)程序，提高編程效率，程序直觀易懂。

　　一個(gè)labview 程序包含三個(gè)主要部分：前面板、框圖程序、圖標(biāo)/連接端口。前面板是labview程序的交互式圖形化用戶界面，用于設(shè)置用戶輸入和顯示程序輸出，目的是模擬真實(shí)設(shè)備的前面板�？驁D程序則是利用圖形語(yǔ)言對(duì)前面板上的控制量和指示量進(jìn)行控制。圖標(biāo)/ 連接端口用于把labview 程序定義成一個(gè)子程序，以便在其他程序中加以調(diào)用，這使得labview 以實(shí)現(xiàn)層次化，模塊化編程。因?yàn)閘abview 它是圖形化的編程語(yǔ)言，界面形象直觀，通過(guò)自帶的控件和DSC 模塊所含的按鈕、閥門(mén)等可以直接進(jìn)行操作，進(jìn)而達(dá)到控制設(shè)備的目的。

　　系統(tǒng)人機(jī)界面的設(shè)計(jì)由登陸界面、真空系統(tǒng)監(jiān)控界面、數(shù)據(jù)讀寫(xiě)界面、溫度監(jiān)控界面組成。各界面之間可任意切換，方便監(jiān)視系統(tǒng)所有信息。監(jiān)控系統(tǒng)軟件原理圖見(jiàn)圖3。

圖3 控制系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖

　　為了防止非操作人員對(duì)設(shè)備的操作，設(shè)置了登陸權(quán)限，當(dāng)輸入用戶名和相對(duì)應(yīng)正確密碼后方可登陸到監(jiān)控界面進(jìn)行操作和退出運(yùn)行系統(tǒng)，并有操作提示信息，提高了設(shè)備運(yùn)行的安全性。真空系統(tǒng)監(jiān)控界面包含爐體抽空系統(tǒng)、大軸傳動(dòng)、大軸抽空系統(tǒng)、小車傳動(dòng)、控制按鈕、報(bào)警指示燈，設(shè)有泵、閥門(mén)等設(shè)備的操作按鈕，通過(guò)對(duì)按鈕操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)各泵、閥門(mén)等進(jìn)行啟動(dòng)停止操作；并監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和具體的報(bào)警信息顯示，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)指示燈可提醒操作人員查看報(bào)警信息，并采取解決措施。真空技術(shù)網(wǎng)（http://m.mp99x.cn/）認(rèn)為如果系統(tǒng)報(bào)警信息超過(guò)設(shè)定的時(shí)間后仍沒(méi)有消除，則系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉相應(yīng)設(shè)備的運(yùn)行，避免了不必要的損壞。

　　上位機(jī)與記錄儀通過(guò)開(kāi)發(fā)的驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行通訊，將現(xiàn)場(chǎng)采集到的實(shí)時(shí)溫度值、真空度、爐體壓力以棒圖、數(shù)值和曲線的形式顯示在溫度控制界面中，在曲線顯示頁(yè)中，顯示實(shí)時(shí)曲線，拖動(dòng)滾動(dòng)條可查看歷史曲線，曲線顯示的采集頻率可根據(jù)需要設(shè)定。上位機(jī)與控溫儀通訊，可讀取實(shí)時(shí)測(cè)量的溫度值、設(shè)定值、輸出功率百分比、升溫曲線號(hào)、段號(hào)等，同樣在此界面中編輯設(shè)定加熱工藝曲線、曲線號(hào)、段號(hào)、PID 參數(shù)，并下傳至溫度控制器，而不需要在儀表上進(jìn)行編輯設(shè)定，操作直觀簡(jiǎn)單；亦可通過(guò)按鈕操作，使溫度控制器在手動(dòng)給定和PID 自動(dòng)調(diào)節(jié)控制之間無(wú)擾切換。在數(shù)據(jù)讀寫(xiě)界面中，可以將現(xiàn)場(chǎng)采集到的實(shí)時(shí)溫度值、真空度和爐體壓力等需要記錄的數(shù)據(jù)保存到計(jì)算機(jī)硬盤(pán)中。保存現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)時(shí)，首先選擇保存數(shù)據(jù)的路徑，路徑和文件名可自由選定，在界面中對(duì)數(shù)據(jù)的采集頻率根據(jù)需要自行設(shè)定。通過(guò)讀取數(shù)據(jù)按鈕，將需要的數(shù)據(jù)顯示到界面中進(jìn)行查看、分析和打印。

2、結(jié)論

　　針對(duì)中頻真空感應(yīng)爐控制系統(tǒng)要求開(kāi)發(fā)了該控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了多廠商、多種通訊協(xié)議的儀器儀表、控制器等與上位組態(tài)監(jiān)控軟件LabVIEW的通訊，及對(duì)系統(tǒng)干擾信號(hào)的處理。經(jīng)過(guò)5 年的應(yīng)用（工件每次釬焊完成后需進(jìn)行打壓及X 射線拍照工序）表明：該控制系統(tǒng)的溫度控制精度、數(shù)字量報(bào)警以及互鎖連鎖關(guān)系的可靠性等各項(xiàng)指標(biāo)都達(dá)到了技術(shù)要求。