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)用計算機及觸摸屏為人機界面，梯形圖為編程語言，LabVIEW圖形化組態(tài)軟件；詳述了控制系統(tǒng)的設(shè)計、難點及解決方法；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；設(shè)備使用證明系統(tǒng)操作簡單方便，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)備運行時，中頻感應(yīng)電源產(chǎn)生嚴重的電磁干擾信號，且工件及測溫熱電偶隨大軸在爐體內(nèi)旋轉(zhuǎn)，測溫熱電偶信號通過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和提高測溫熱電偶的測控精度是該系統(tǒng)的難點。為了減小感應(yīng)電源產(chǎn)生的電磁干擾信號對控制系統(tǒng)儀表及控制器的干擾，根據(jù)現(xiàn)場情況將控制系統(tǒng)盡可能遠離干擾源，控制系統(tǒng)部分電源加裝輸入濾波和隔離變壓器、強弱電分層布線、信號線采用屏蔽雙絞線、設(shè)有獨立的信號地線與控制系統(tǒng)地線及單端接地的方式，通過多次工藝流程調(diào)試并調(diào)整測溫熱電偶信號的偏差，提高了溫度測量的準確度。

　　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（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)動程序，要解決此軟硬件之間的通訊問題并實現(xiàn)工控機的監(jiān)控、記錄、參數(shù)設(shè)置等功能，需要有對應(yīng)的驅(qū)動程序。針對此控制系統(tǒng)的特殊性，在labview 開發(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OPC 技術(shù)的應(yīng)用，解決了計算機監(jiān)控軟件labview 與PLC 之間的通訊問題，而真空計、記錄儀和控溫儀不支持OPC 技術(shù)且通訊協(xié)議各不一樣，針對此問題開發(fā)了上述儀器儀表專用的驅(qū)動程序，從而實現(xiàn)了通訊目的。

1、控制系統(tǒng)設(shè)計

　　1.1、控制系統(tǒng)工藝流程

　　裝入工件，將測溫偶固定在工件上的適當位置，控制系統(tǒng)上電，啟動上位機，開啟供氣、供水系統(tǒng)，各報警指示燈應(yīng)不亮，報警蜂鳴器無響應(yīng)。將爐門車關(guān)閉并爐門齒圈鎖緊到位，開始對爐門密封圈充氣，當壓力達到設(shè)定值時停止充氣，關(guān)閉熱交換器進出氣擋板閥，進行釬焊信息的設(shè)定。

　　分別啟動爐體和工件小車抽空系統(tǒng)，當爐體真空度達到工藝要求值時，依次關(guān)閉截止閥及爐體真空機組，回填充氣，當充氣壓力達到工藝要求時，回填閥自動停止充氣；當小車真空度達到工作真空度時，旋轉(zhuǎn)工件軸，調(diào)節(jié)合適的旋轉(zhuǎn)速度，進行加熱工藝（檢查有關(guān)儀表、線路正常后，確認溫控表內(nèi)的工藝曲線，按動“加熱電源”啟動按鈕，加熱主回路上電，再按動加熱逆變啟動按鈕，加熱逆變回路上電，溫控表開始按設(shè)定曲線運行。加熱工藝完成后，依次切斷逆變電源、加熱主回路電源，開始降溫，待爐溫降至工藝要求值時，打開熱交換器的進出氣口擋板閥、強冷風機，當溫度降到工藝要求值后關(guān)閉強冷風機、進出氣口擋板閥。當爐內(nèi)溫度達到出爐溫度時，停止小車抽空機組，開啟爐體機組放氣閥、爐體卸荷閥與密封圈放氣閥，開啟小車放氣閥，當放氣至當?shù)卮髿鈮簳r，放氣結(jié)束，爐門鎖定解除，爐門松開到位，小車退至要求地點自動停車。最后，關(guān)閉所有冷卻水，拆卸產(chǎn)品，小車進到位自動停止，關(guān)閉所有電源，完成整個釬焊過程。

　　1.2、控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

　　整個控制系統(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，即計算機控制和控制柜按鈕控制，兩者相互獨立，當其中一套有故障時可切換至另一套進行操控，不影響設(shè)備的運行。控制柜門板和計算機監(jiān)控界面設(shè)有設(shè)備工況模擬圖，實時顯示設(shè)備的運行狀態(tài)；設(shè)有冷卻水水壓、水流量、水溫、爐體超溫、超壓等報警顯示及指示�？刂葡到y(tǒng)設(shè)有手動和自動控制兩種方式，根據(jù)情況自由選擇�？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

　　控制系統(tǒng)由研華工控機、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、打印機等組成。PLC 系統(tǒng)編程語言為梯形圖，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，并且有安全連鎖設(shè)置，從而提高了設(shè)備運行的可靠性。溫度控制器按照熱工要求設(shè)定升溫曲線，實現(xiàn)對爐體的溫度控制；記錄儀可將采集到的溫度值、真空度、爐體壓力實時顯示或打��；真空計實時顯示當前爐體的真空度。控制系硬件結(jié)構(gòu)見圖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

　　上位監(jiān)控軟件采用LabVIEW，LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是美國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、功能最強的圖形化軟件開發(fā)環(huán)境。它是一種基于圖形編程語言（G 語言）的開發(fā)環(huán)境，主要是以框圖形式編寫程序，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。傳統(tǒng)編程語言用文本語言編程，Labview最大的特點就在于它是一種圖形化編程語言（即各種圖標、圖形符號、連線等），以框圖的形式編寫程序，提高編程效率，程序直觀易懂。

　　一個labview 程序包含三個主要部分：前面板、框圖程序、圖標/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，目的是模擬真實設(shè)備的前面板�？驁D程序則是利用圖形語言對前面板上的控制量和指示量進行控制。圖標/ 連接端口用于把labview 程序定義成一個子程序，以便在其他程序中加以調(diào)用，這使得labview 以實現(xiàn)層次化，模塊化編程。因為labview 它是圖形化的編程語言，界面形象直觀，通過自帶的控件和DSC 模塊所含的按鈕、閥門等可以直接進行操作，進而達到控制設(shè)備的目的。

　　系統(tǒng)人機界面的設(shè)計由登陸界面、真空系統(tǒng)監(jiān)控界面、數(shù)據(jù)讀寫界面、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設(shè)備的操作，設(shè)置了登陸權(quán)限，當輸入用戶名和相對應(yīng)正確密碼后方可登陸到監(jiān)控界面進行操作和退出運行系統(tǒng)，并有操作提示信息，提高了設(shè)備運行的安全性。真空系統(tǒng)監(jiān)控界面包含爐體抽空系統(tǒng)、大軸傳動、大軸抽空系統(tǒng)、小車傳動、控制按鈕、報警指示燈，設(shè)有泵、閥門等設(shè)備的操作按鈕，通過對按鈕操作，實現(xiàn)對各泵、閥門等進行啟動停止操作；并監(jiān)測設(shè)備的運行狀態(tài)和具體的報警信息顯示，當設(shè)備出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)指示燈可提醒操作人員查看報警信息，并采取解決措施。真空技術(shù)網(wǎng)（http://203scouts.com/）認為如果系統(tǒng)報警信息超過設(shè)定的時間后仍沒有消除，則系統(tǒng)會自動關(guān)閉相應(yīng)設(shè)備的運行，避免了不必要的損壞。

　　上位機與記錄儀通過開發(fā)的驅(qū)動程序進行通訊，將現(xiàn)場采集到的實時溫度值、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，在曲線顯示頁中，顯示實時曲線，拖動滾動條可查看歷史曲線，曲線顯示的采集頻率可根據(jù)需要設(shè)定。上位機與控溫儀通訊，可讀取實時測量的溫度值、設(shè)定值、輸出功率百分比、升溫曲線號、段號等，同樣在此界面中編輯設(shè)定加熱工藝曲線、曲線號、段號、PID 參數(shù)，并下傳至溫度控制器，而不需要在儀表上進行編輯設(shè)定，操作直觀簡單；亦可通過按鈕操作，使溫度控制器在手動給定和PID 自動調(diào)節(jié)控制之間無擾切換。在數(shù)據(jù)讀寫界面中，可以將現(xiàn)場采集到的實時溫度值、真空度和爐體壓力等需要記錄的數(shù)據(jù)保存到計算機硬盤中。保存現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)時，首先選擇保存數(shù)據(jù)的路徑，路徑和文件名可自由選定，在界面中對數(shù)據(jù)的采集頻率根據(jù)需要自行設(shè)定。通過讀取數(shù)據(jù)按鈕，將需要的數(shù)據(jù)顯示到界面中進行查看、分析和打印。

2、結(jié)論

　　針對中頻真空感應(yīng)爐控制系統(tǒng)要求開發(fā)了該控制系統(tǒng)，實現(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，及對系統(tǒng)干擾信號的處理。經(jīng)過5 年的應(yīng)用（工件每次釬焊完成后需進行打壓及X 射線拍照工序）表明：該控制系統(tǒng)的溫度控制精度、數(shù)字量報警以及互鎖連鎖關(guān)系的可靠性等各項指標都達到了技術(shù)要求。