【2017年整理】模拟管道热处理装置报告

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1、1大赛论文参赛项目名称：模拟管道热处理装置参赛队名称：南工&翔云所属院校：南京工业职业技术学院指导老师：陈亚林队员姓名：耿德明 王为民 杨静21 前言金属热处理是机械制造中的重要工艺之一，与其它加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。其特点是改善工件的内在质量，而这一般不是肉眼所能看到的。 为使金属工件具有所需要的力学性能、物理性能和化学性能，除合理选用材料和各种成形工艺外，热处理工艺往往是必不可少的。钢铁是机械工业中应用最广的材料，钢铁显微组织复杂，可以通过热处理予以控制，所以钢铁的热处理是

2、金属热处理的主要内容。另外，铝、铜、镁、钛等及其合金也都可以通过热处理改变其力学、物理和化学性能，以获得不同的使用性能。 在从石器时代进展到铜器时代和铁器时代的过程中，热处理的作用逐渐为人们所认识。早在公元前 770前 222 年，中国人在生产实践中就已发现，铜铁的性能会因温度和加压变形的影响而 变化。白口铸铁的柔化处理就是制造农具的重要工艺。公元前六世纪，钢铁兵器逐渐被采用，为了提高钢的硬度，淬火工艺遂得到迅速发展。金属热处理的工艺 热处理工艺一般包括加热、保温、冷却三个过程，有时只有加热和冷却两个过程。这些过程互相衔接，不可间断。 加热是热处理的重要工序之一。金属热处理的加热方法很多，最早

3、是采用木炭和煤作为热源，进而应用液体和气体燃料。电的应用使加热易于控制，且无环境污染。当今社会钢铁作为原材料被广泛的应用于各行各业。基于市场对钢材的不同需求，钢铁冶炼企业对冶炼设备有着更高的要求，智能化是自动化系统中核心的部分，我们设计的钢管热处理系统满足企业对加工设备的快速性、加工工艺可调性、加工自动化的要求，提高了企业的效益及自身的市场竞争力。钢管热处理系统，是指在不经过人工的情况下，自动的对物料进行检测、放料、传送、加温、出料以及废气处理的系统。在提高产品本身质量的同时，也大大的节省了人力、物力、财力，充分体现了企业的可持续发展的观念。PLC 以可靠性高、稳定性好、功能强的特点被广泛运用

4、于企业的控制系统中，被誉为当今世界最先进的控制系统装置。我们设计的钢管热处理系统采用的是三菱 Q 系列 PLC进行控制，我们可以利用触摸屏对现场进行监控，发现问题可通过触摸屏随时对系统的运行状态进行调试，对电机进行 PWM 调速、以及变频调速;CC-Link 总线是一种开放式的总线，通信效率高，可靠性高，将其运用于钢铁企业的控制系统易于实现控制的网络化，软控制代替硬件控制，本系统可实现自诊断、系统故障报警、测试、PWM 调速、监视等功3能。2 项目功能简介 2.1 系统流程简介1.系统工作时，热处理炉开始工作加温，当炉温达到淬火温度时进出料机构开始工作，出料机构的传感器检测到有加工好的物料后，

5、打开出料仓，开始出料（假设炉内有料） 。2.接近开关检测到有物料，打开进料仓，开始进料（通过变频器实行多级调速，实现快速平稳的进出料） 。3.物料到位后由自动拨料系统将料拨进炉膛，关上舱门，翻料机械手将物料翻到加热炉底，炉底采用步进梁机构，实现工件均匀加热，同时下个工件可以进料，以实现连续高效运行。4.此系统亦可以进行热能回收，当锅炉在加热时间内，可将未被利用的热能来加热冷水。5.淬火的机械运动由三菱可编程控制器控制，软件控制代替继电器的控制，增强了系统的高效性和灵活性。2.2 系统功能1、实时显示炉内温度（两点测温） 。2、用户可以通过触摸屏修改进料时间、加热时间、出料时间来改变生产速度。3

6、、可根据加工钢管的不同钢级要求设置不同的加热温度。4、两种运行方式自动操作：（一）根据物料的多少自动加工，即直到料仓没有工件时停止工作，并记录生产的数量。 （二）用户预先设定要加工的数量，系统自动加工，并且显示已加工数量，正在加工数量，未加工数量。当已加工数量与设定数量相同时，系统停止工作，当已加工数量未达到设定数而系统未检测到有待加工料，系统将在设定时间内停止工作。（三）当有料放出时，而系统的下一机构在设定时间内没有检测到物料，系统将自动停止并发出报警信号，工作人员可通过触摸屏观察到故障发生点，及时的对其进行修复。手动操作：手动操作也就是单步运行操作，适用于系统检修，对部件进行逐个调试。调试

7、可以用按钮对其进行控制，亦可用触摸屏对其进行单步控制。5、报警4（一）物料报警，当放料机构中的光电传感器检测不到信号时，发出报警信号，触摸屏上的无料信号灯亮起，同时系统无法启动。（二）进/出仓门报警：进/出仓门无法正常打开或关闭时，发出报警信号。（三）炉膛故障，当关门信号发出后，出料机构的第一个光电传感器在预设时间内检测不到信号，系统将自动关闭并发出故障报警信号。3 系统各部分机构组成及驱动方式3.1 放料机构（如图 3-1）图 3-1 放料机构放料机构的组成：光电传感器（1 个） 、汽缸（1 个） 、料挡板（3 层） 、平台（1 个）工作原理：通过汽缸的上下推动从而实现每次只下一根料。动作过

8、程如下图（3-1.1和 3-1.2）所示。5图 3-1.1 图 3-1.2（汽缸每推动一次只下一根料）3.2 传料及拨料机构传料机构组成：三相电机（1 个） 、导轨架（10 个） 、V 型轮（10 个） 、齿轮（12 个） 、链条（2 根） 、光电传感器（3 个）汽缸（1 个）拨料机构（1 个） 。见图（3-2）工作原理：当第一个光电传感器检测到有料拨下时，传送电机自动开启，开始传料（高速） ，当第二个光电传感器检测到有信号时，打开进舱门，同时电机开始减速运行（变频调速） ，直到第三个光电传感器检测到信号，传动结束，关上仓门，拨料机构开始动作，同时放料机构开始放第二根料。图 3-2 传料及拨料

9、机构3.3 热处理机构机构组成：电机（直流 24V1 个） 、导轨架（1 个） 、中心轴承（3 根） 、齿轮（11 个） 、链条（3 根） 。加热炉（1 个）见图 3-3。工作原理：当料被拨到机构上，带有钩爪的链条会带着料一起走，期间可根据不同的工艺要求，利用触摸屏对其进行调速（PWM 调速） 。6图 3-3 热处理机构3.4 出料机构机构组成：三相电机（1 个） 、导轨架（10 个） 、V 型轮（10 个） 、链条（2 根） 、光电传感器（2 个） 、拨料爪（1 个）汽缸（1 个） 。见图 3-4。当光电传感器检测到有料从热处理机构中出来，出料仓门打开，电机启动开始出料，直到第二个传感器检测

10、到信号，电机停止同时拨料爪把料拨下，系统一个周期的工作完成。期间若第一个传感器在预设时间范围内检测不到有料从热处理系统中出来，整个系统将关闭并发出报警信号。图 3-4 出料机构3.5 门机构机构组成：门、门导轨（2 个） 、电机（直流 24V 一个） 、限位开关（2 个） 。见图 3-5工作条件：进仓门：当进料传料机构动作，第二个传感器检测到信号，进料减速，进仓门打开，7直到开门限位开关闭合，料进入仓内第三个传感器检测到信号，进料仓门开始关门直到关门限位开关被按下，一个周期的工作完成。出仓门：当出料机构的第一个光电传感器检测到有信号时，打开仓门，直到开门限位开关被按下，出料传动机构开始动作，当

11、第二个光电传感器检测到信号时，传动机构停止动作，出仓门开始关门，直到关门限位开关被按下，关门动作结束。4 Q 系列 PLC 的应用可编程控制起系统的规模又实际控制和监视输入输出点数和数据也处理时间使用的内部软元件的点数九鼎，本热处理系统共用又 10 个传感器，4 个按钮，1 个急停按钮，总共15 个输入，其中 10 个传感器为远程输入；有 8 个进程输出，10 个远程输出。考虑到使用远程 I/O 我们选用 Q00JPLC。Q00JPLC 程序容量为 8K，输入输出点数 256 点，输入输出软元件 2048 点，基本指令处理速度 200ns，配以两个远程模块,模拟量输入 A/D 一块，模拟量输出

12、 D/A 一块。5 CC-Link 系统通信CC-Link 系统是通过使用专用的电缆将分散的 I/O 模块，特殊功能模块等连接起来，并且通过 PLC 的 CPU 来控制这些相应模块的系统。1) 通过将每个模块分散到类似传送生产线和机械设备中去，能够实现整个系统的省配线。2) 通过使用处理类似 I/O 或数字的 ON/OFF 数据的模块，能够实现高速的通信。3) 可以与其他商家的不同设备进行连接，使系统更具灵活性。CC-Link 具有丰富的功能：简单的系统组态功能、自动刷新功能、丰富的 RAS 功能、预约站功能、备用主站功能、子站脱离功能、自动上线功能、监视/监控功能。5.1 远程 I/O 站可

13、以与主站连接5.1 远程 I/O 口的设置本组使用的远程 I/O 模块的型号是 AJ65SBTBE-16D 和 AJSBTBE-16T检查模块状态（硬件测试）硬件测试检查每个模块是否工作正常，在配置系统前一定要进行硬件测试，每个模块没有界限以前也一定要对其自身进行测试。否则，就不能正确的进行硬件测试。按照下列步骤进行（如图 5-1）8接下页9图 5-1 检查模块状态（硬件测试）CC-LINK 电缆的连接方法（如图 5-2）图 5-2 CC-LINK 电缆接线图1） 可以从任意站号连接 CC-LINK2） 将配套的终端电阻连接在 CC-LINK 系统两端的模块上，终端电阻连接在 “DA”和 DB

14、”之间。3） 终端电阻的型号根据 CC-LINK 系统中使用的电缆型号决定。4） 主站模块可以连接在两端之外。5） 不允许星型连接。10用 CC-LINK 专用电缆连接好所有的模块后，要验证它们都被连接并且在远程站、本地站上都能正确执行。按下列步骤进行线路测试（如图 5-3）接下页11图 5-3 行线路测试远程 I/O 的通信设置（如图 5-4）图 5-4 远程 I/O 的通信设置125.2 模拟量模块对温度的控制5.2.1 模块接线图热处理过程中对温度的要求高，因此要对炉温实时监控不断的调节从而式温度达到一个恒定值，使用 A/D 转换通过 PLC 中的 PID 指令进行运算从而达到这一目的。

15、三菱 Q64AD-GH 和 Q62DA-GF 模块（本次设计使用） ，Q64AD-GH 接受标准电压信号 010V 电流信号 020mA 或 420mA，将接收的模拟量装换为数字量；Q62DA-FG 是将程序中给定的数字量转换为模拟量。本设计中用到的温度变送器为电流型输入 420mA，0200 度。Q64AD-GH 模块的接线（如图 5-5）图 5-5 Q64AD-GH 模块的接线Q62DA-FG 模块使用电压型输出接线（如图 5-6）13图 5-6 Q62DA-FG 模块使用电压型输出接线5.2.2AD/DA 参数的设定I/O 的分配（如图 5-7）图 5-7智能模块 PLC 的读取（如图

16、5-8）14图 5-8A/D 模块传输方向的设定（如图 5-8）图 5-8D/A 模块方向的设定（如图 5-9）图 5-915该系统对于温度的调节采用 PID 控制指令，进行 PID 控制的处理方法。 （见表 5.1）表 5.1PID 运算表达式：使用 PID 控制指令进行 PID 运算表达式（见表 5.2）表 5.2PID 程序见附件第 350485 步166 人机界面本项目用的是三菱公司的 GOT-1000 系列。GOT-1000 在编辑画面上提供了许多简单易懂而又强大的功能，能够使人轻松的选中所要编辑的画面，快速的放置，不需要打开对话框就可以设定，可以简单的更改部件，更改颜色从很大意义上减少了错误，最突出的特点就是能够