摘 要：涡卷簧是一种用途极为广泛的弹簧。在航空航天，航船，汽车。以及家用电器都少不了它的身影。钢带涡卷弹簧所用的钢带在卷绕成型前需要进行热处理。以达到应用的效果。由于钢带生产厂家需同时生产不同规格的产品以及生产数量的需要，生产厂家的热处理车间都拥有多条热处理生产线。本文从介绍一个卷簧钢带热处理车间的生产控制系统。它能为多条钢带热处理流水线进行控制。

　　关键词：涡卷簧，热处理，控制系统。

　　1.钢带热处理生产工艺要求：

　　60Si2MnA,65MN等钢带是制作涡卷弹簧的常用材料。为了使这些材料制作的预应力卷收涡卷弹簧达到需要的张力和耐疲劳性能，并达到相应的硬度和强度。钢带在成型前需要进行两次热处理。首先要对剪切好的钢带要进入第一部分加热炉进行加热，其作用是淬火前加热，其温度一般要求在摄氏900到1100度之间。使钢带硬度上升。该加热在四段电炉区域中要分别以不同的温度加热处理。进过加热后的钢带随后需清理并加机油进行淬火。让钢材内部组织固定。随后钢带再进入第二部分加热炉进行回火热处理，其温度要求在摄氏400到600度之间。让钢带变成有刃性和弹性。同样这部分的加热炉也分为四段加热。在钢带热处理过程中除了要有不同的温度加热外还需有一定的加热时间以使产品可以达到规定的要求。

　　2.钢带热处理技术要求：

　　由于在生产中每条卷簧钢带是分两次在炉中进行热处理，每次热处理要在四段炉区分不同温度进行加热。为此首先要求控制系统能对每一条线的八个炉区温度控制在一定精度内。因为工艺要求每条钢带在炉内要有确定的热处理时间，而在工作中每根钢带是从卷好的盘中不断进入炉内，也就是在处理线的后端由卷取电动机带动卷取装置拉动钢带在炉内移动，所以只要能控制卷取电机的转速使钢带在炉内的直线速度达到确定的数值便能使钢带达到合适的热处理时间。淬火也是热处理的一个重要组成部分。淬火油的多少直接影响到产品的质量。为此需要对润滑油的加注量进行监控，并能根据情况做出相应的措施。

　　整个热处理车间共有大小线十三条。每条钢带生产线都有同样用途的炉区八个，一个润滑油淬火加注点和一个卷取和放卷装置。

　　由于钢带的品种很多。每种钢带的热处理温度，时间等均不相同。而每条线都会根据需调整生产不同的品种，为此要求这些参数均能由操作人员方便的进行更改。

　　3.热处理车间控制系统方案：

　　整个设计以计算机为控制核心。其中12条小线因各电热炉功率较小在各区温度上采用西门子小规模PLC S7-200 用离散量方式去进行控制。由PLC开关量输出去控制固态继电器进而控制电炉电热丝的功率。而一条大线热处理炉因功率较大采用通用型s7-300 PLC来控制，其各热处理炉均采用模拟量控制的方式。由PLC的模拟量4-20毫安输出信号去控制调功器进而控制接在三相交流电路上的晶闸管以调节电炉功率。13条线的各电动机的控制均由PLC的模拟量输出去控制交流变频器以控制电动机的转速。为了节约能源，在炉子的设计上除大线外所有的小线均采用每两条线的的炉子并装在一起的方式。为此在电器柜上也是两条线在一起合并安装，两条小线的两个plc之间的数据通过网络读写方式进行交换，每两条线装有一个触摸屏，生产操作巡视人员可随时在屏幕上进行观察和修改生产规格等参数。各PLC之间用PROFIIEBUS-DP 进行通信联接。S7-300作为主站而 多个S7-200 通过EM277作从站进行数据交换。在主站的显示屏上除可监控本线的生产外还满足了用户要求担负主监的作用，即可同时监视其它线的生产情况。在主站PLC上还装有以态网模块，也可以把整个车间的生产情况通过网络传到监控中心。整个系统结图如下。

　　控制系统结构图

　　从控制来看首先需用对各条路线的每一段炉温进行有效的控制，二是要要根据需要对钢带传送电机进行控制，三是要对机油淬火情况进行监测。并根据检测情况对热处理生产采取相应的措施。由于热处理生产线较多，每条线又有多个炉区。每个炉子的保温等状况均不相同。为了取得各炉区温度的控制精度，除在控制参数上要作仔细调整外还可采取多段式PID控制策略。在钢带传送电机转速上采取用计算机控制电机变频器的方式。其转速要根据钢带品种，炉温以及淬火状况进行调整。

　　为了让车间管理人员能掌握热处理车间的生产情况，除需能实时看到生产信息外，还需了解过去生产状况。为此在控制上设计了历史记录程序，可随时调用过去的生产状况记录以方便调查以前产品的生产过程。

　　4. 系统软件设计

　　4.1控制软件设计

　　控制软件主要有炉温控制, 传动控制. 故障处理，数据处理等几个部分组成.。炉温控制是项目的核心部分。由于炉区多，功率大小不同，采用的控制方式也有所不同，小线功率小采用的是数字量输出PID控制.。在S7-200的编程软件中每个CPU可有8个回路PID控制功能模块可以使用。 在一般情况下只要把该模块用pid向导调入并给于配置设定参数后便可方便使用。而大线的控制是采用S7-300可编程控制器，由于它的炉子功率较大则采用模拟量输出控制的方法。 S7-300使用的编程软件STEP 7中有几种PID软件控制模块可调用，系统采用了连续温度控制块FB58 ，该模块控制精度高，使用方便，在实际使用中取得了良好的效果。

　　传动控制主要是对传动电机的速度进行控制，有手动和自动两种控制方法的程序。可根据需要进行选择。

　　故障处理程序是生产中必不可少的。由于在生产中有可能会产生如温度控制不正常，机油加量不正确等各种故障，所以在软件中编制了故障处理程序。在出现不同的故障时除发出声光报警请求操作人员来处理外还要自动采取不同相应的故障处理措施。如在晶闸管等器件损坏而产生炉温失控超出温度上下限度情况时，故障处理程序先发出声光报警并采取该回路电热丝断电，钢带传动停止等工作。故障处理程序在每次发生故障时还同时把故障点，故障内容，故障时间进行记录。

　　因为在每两条小线以及一条大线均各有一个触摸操作屏用于显示和生产操作，为了在这些显示屏上能监控上各条热处理线的生产。每两条相并安装的两个S7-200之间需要进行数据交换，S7-300和各S7-200间也需要进行数据交换。而这些需显示和设置的数据以及向厂监控室传送的数据都必须要进行处理才能方便使用。为此在每个PLC中都编有不同的数据处理程序以满足功能的需求。

　　因为钢带的品种规格较多，而热处理生产是要根据订货情况而确定处理相应的品种。这就需要生产人员每更换一次品种就要重新设置各炉区温度，传动速度等一系列参数。这是一件非常麻烦的事。要为了方便工作人员的设置参数，在程序中特定设计了配方程序。把通常使用钢带规格的热处理参数列入，在自动方式下操作人员只要在触摸屏上点入钢带规格编号，程序会自动把温度，转速等一系列参数输入到控制中去，极大的方便了换品种生产的过程。

　　4.2 监控软件设计

　　监控界面是控制系统的一个重要的组成部分。在各个触摸显示界面上设计有生产状况，生产操作、参数设置、生产历史记录、温度曲线，故障报警等多个界面。在生产状况界面上能实时观察到每条线各温区温度，传动速度，机油加注量等信息。在生产操作界面除可看到钢带拖动电机的运行情况外，还可启停电机的运转等操作以便更换安装需处理的钢带盘。参数设置界面分手动或自动两个可切换的界面。手动设置可对每个炉区温度，钢带传送速度等单独设置。而自动设置则可在界面上点选钢带规格型号，参数将会自动被设置。程序设计每隔两分钟记录一次当时各炉区温度，传动线速度，加油量等数据。在历史记录界面可以查到过去某一个时间点的这些被记录的数据，这在分析已经热处理产品质量时非常有用。故障报警界面是在电气设备产生一些故障为便于观察找寻原因而设计的。如在出现加注淬火油量不正确，各区炉温超差等一系列故障时，故障报警界面会自动弹出。在界面上显示出故障类型并指出故障可能产生的原因以及处理的方法。

　　5 结束语

　　以上介绍的卷簧钢带热处理控制系统完成后已投入生产两年。该系统工作稳定可靠，操作便利，故障率低，控制精度满足生产要求。在淬火前加热炉中一般温度均控制在正负1度之内。回火炉同样也能控制在正负1度之间，取得了满意的效果。