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基于現場總線的感應淬火機床控制系統設計
閱讀：927 發布時間：2008-10-251多功能回轉式淬火機床簡介
感應加熱是利用電磁感應的方法對導體材料進行加熱。其主要優點是 “效率 高、成本低、節能、易于實現自動控制。金屬熱處理的感應加熱設備主要包括：加熱電源、 感應熱處理機床、感應器和淬火變壓器。
多功能回轉式淬火機床是一條具有完善保護功能的自動加工線，采用回轉式結構，使上、下 料在同一個工位位置完成，操作方便；該機床可以同時加工同一種零件上的3個不同表面， 做到一個工件在一臺淬火機床上一次完成淬火，且每個加工工位參數設置有一定的柔性冗余 ，可以實現各種淬火方式，如同時、連續、連續同時以及多段淬火等，主要應用在汽車、摩 托車制造行業，以滿足其多品種、小零件的淬火處理。
1.1一體化設計
為了減少占地面積和安裝周期，采用一體化設計，即將機床與淬火液循環系統、冷 卻液循系統、加熱電源和淬火變壓器集成于一體，其層次結構如圖1所示。
從圖1可以看出，在高度方向上該機床結構分為3層，上支板以上為轉盤、夾 具、淬火液回收槽等，上支板①與中支板②之間為運動部件，中支板②與底座③之間為執 行部 件（電機）和減速機。這種結構形式能有效地防止淬火劑對某些機（電）部件的不良影響，同時 便于部件的拆裝維修。
1.2生產線化
多功能感應淬火機床采用9工位回轉式結構，其中3個工位為加工工位，圖2為工位 分布及流程示意圖，圖中A、B、C為3個上下料工位，A′、B′、C′ 為3個加工工位，可以對同一個工件的3個不同部位進行淬火（回火），也可以對3個 不同的工件或3個相同的工件進行獨立淬火（相當于3臺機床），轉盤可以分度40°、80°、12 0°以適應不同工件的淬火要求。
2數控系統設計
多功能回轉式感應淬火機床要求：①3個加工工位同時獨立運行；②連續淬火 時速度連續變化不停頓；③具有3個工位下降不到位和轉臺不到位自糾正功能。常規的數控 系統無法滿足這些功能，現自行研制的基于工控PC的數控系統，在Windows 2000下利用線程 技術實現了上述功能。
2.1硬件總體設計
圖3給出了系統總體設計框圖，3個工位的工件升降定位由步進電機控制，3個 工位的旋轉由變頻器控制，轉臺分度及定位由步進電機控制。
工控PC是系統的核心，一方面對機床各運動部件進行檢測與控制，另一方面通過網卡與車間 級網絡相連，使系統可以利用遠程計算機輸入淬火參數，也可以顯示機床工作情況；PCI-1 240用于步進電機速度和定位控制，同時檢測步進電機各種異常信號；PCI-1751為48路TTL 電平并行輸入輸出板，其中32路設置為輸入，用于操作按鈕輸入，包括啟動、暫停、急停按 鈕，3個工位手動加熱、噴液、旋轉、切換，轉臺快速正反轉、慢速正反轉，3個工位工件快 速上升下降、慢速上升下降等；16路設置 為輸出，用于轉臺及3個工位步進電機使能控制。PCL-724為TTL電平輸入板，用于對到位、 缺料、缺水、*異常等信號進行檢測，由于板上無電平轉換和信號隔離功能，而接近開關 為24 V，所以使用PCLD－782作為輸入電平轉換和信號隔離電路；PCLD－885為16路高功率 繼電器輸出板，具有*的輸出驅動能力，觸點容量為交流220V ；PCL720為64路開關量 輸 入輸出板，在這里主要與PCLD－885一起，控制各工位切換、加熱、噴液、吹堵、回火。
PCI-1601為RS232轉RS485接口板，主要用于與變頻器FR-E500連接，控制工件旋轉電機的 轉速，并監視變頻器的運行狀態，其連接線路如圖4所示。
圖4中R為終端匹配電阻，阻值為100 Ω。由于傳送速度和傳送距離等原因， 有可能受到反射的影響，故設此電阻。
2.2軟件設計
系統軟件設計主要考慮軟件的通用性、可靠性和易用性。為此著重考慮以下幾個問 題：①3個工位獨自使用加熱電源以及3個工位共享加熱電源時切換功能；②3個工位同時獨 立運行軟件設計，并具有同時、連續掃描、分段同時、分段連續掃描等多種淬火功能；③應 可以存儲百個以上的工件淬火程序，工件管理、查詢方便；④參數輸入方便，無需編程，不 懂計算機的人可以完成工件參數的輸入；⑤在線幫助功能，隨時操作提示；⑥故障自診斷、 故障報警提示功能。
圖5給出了系統軟件設計總體框圖。
進入主程序后，系統定時檢查操作面板【自動／手動】、【啟動】、【急停】等按鈕狀態， 并觸發相應事件；自動狀態下系統主要完成工件管理、淬火參數設置、轉臺參數設置、步進 電機加速度設置以及自動淬火功能；手動方式下，系統主要完成各工位手動 操作、轉臺手動操作、A B C 3工位及轉臺零位設置、自動回零位功能和手動參數設置。工 件 選擇在工件管理畫面中完成，選定工件以后，系統首先檢查各工位參數文件是否存在，若不 存在，自動創建各工位參數文件名，并設置禁止運行標志同時給出提示。各工位淬火參數設 置完后，系統自動取消禁止運行標志。總體框圖中沒有畫出程序退出部分，軟件退出包括兩 種退出方式，一種是返回Windows2000桌面，一種是直接退出操作系統即關機。
2.2.1工件參數動態分配
工件參數以數組形式傳送給A B C各加工工位的執行程序，由于淬火程序步數無法確定，數 組 的下標也就無法確定，因此系統采用數組動態創建技術，使數組的下標跟隨工件參數數據庫 的記錄數的變化而變化。
2.2.2線程技術
由于3個工位同時運行，系統設置4個線程，3個線程用于A、B、C 3個工位淬火，一個線程用 于各工位運行狀態指標，轉臺分度由主程序完成；在淬火過程中，出現異常情況，系統立即 退出淬火程序，并進行報警，某個工位出現異常，不影響其它工位運行；若出現工位下降不 到位或轉盤分度不到位的情況，系統自動找位。
2.2.3遠程參數修改
考慮到成本的問題，程序沒有采用C／S結構，也不支持遠程ODBC，為了支持遠程修改淬火參 數，可以在遠端計算機上安裝本軟件，對參數文件修改后將參數文件復制到機床控制計算機 ，而后在機床控制計算機上退出應用程序并重新運行。
3結論
小型感應熱處理中心是綜合了上感應熱處理機床的緊湊化、柔性化、多 軸化、生產線化、計算機化等方面的一些要點研制的9工位感應熱處理中心，在國內已應用 于摩托車曲柄的淬火與回火，并于2001年9月通過了河南省科委主持的技術鑒定，經專家測 試，機床升降重復定位精度≤±0.03 mm，分度定位精度≤±0.02°，工件移動速度1～30 0 mm／s。與某廠進口的類似機床（一臺電源帶3臺淬火機床）相比，小型感應熱處理加工中心 在功能、價格、結構、占地面積、工人勞動強度、加工效率等方面明顯優于進口同類機床， 在故障診斷與保護方面與進口同類機床相當。該機床樣機在2001年10月份北京熱處理展 覽會上展出，得到了業內人士的*。