PLC控制大型圆锯片多油缸热压回火炉

摘要

本发明涉及热处理设备技术领域，具体是一种PLC控制大型圆锯片多油缸热压回火炉。通过设置回火上压盘、回火下压盘、龙门架行走机构、PLC电控系统和触摸屏，通过PLC电控系统控制油缸的流量，使油缸行程同步；控制油缸的压力随着炉温的变化而变化；解决了因热处理回火质量差导致的锯片回火后的平度差、回火过程中油缸压力不变和回火方式的自动化程度低的问题。从而提高热处理回火质量，避免锯片产生微小裂纹；降低热处理回火工序的能耗；提高热处理回火工序的自动化水平，改善工作环境。

权利要求

1.一种PLC控制大型圆锯片多油缸热压回火炉，包括回火炉体、回火炉盖、龙门架、液压系统，其特征在于：回火炉体底部设有回火下压盘；回火炉盖包括回火上压盘和循环风扇，循环风扇置于回火上压盘和回火炉盖之间，循环风扇与回火炉盖连为一体；龙门架置于龙门架行走机构上面，龙门架行走机构上面设置有铁轨，铁轨一端设置有挡铁；液压站安装在龙门架上面；液压系统包括油缸，油缸安装在龙门架上，油缸均匀分布在以龙门架的中心所做出的圆周上；油缸下端连接油缸耐热接长杆，该油缸耐热接长杆的下端与回火上压盘铰链连接，油缸耐热接长杆的上端与回火炉盖活动连接；电控箱安装在龙门架外侧的立柱上；

电控箱内安装有PLC电控系统；电控箱外面安装有触摸屏。

2.根据权利要求1所述的PLC控制大型圆锯片多油缸热压回火炉，其特征在于：在油缸的无杆腔端安装有缸用磁致伸缩位移传感器；在油缸上腔压力回路中安装有压力传感器；

在回火炉体侧面安装有温度传感器-热电偶。

3.根据权利要求1或2所述的PLC控制大型圆锯片多油缸热压回火炉，其特征在于：龙门架呈方形框架金属结构，底部设置有上部门架垂直限位挡铁和下部门架垂直限位挡铁。

4.根据权利要求1或2所述的PLC控制大型圆锯片多油缸热压回火炉，其特征在于：回火炉体底部设置有锯片夹具，置于回火下压盘上面中间位置，锯片夹具中间放置锯片。

5.根据权利要求1或2所述的PLC控制大型圆锯片多油缸热压回火炉，其特征在于：回火炉体呈圆柱形结构；回火上压盘、回火下压盘分别呈圆盘形结构。

6.根据权利要求1或2所述的PLC控制大型圆锯片多油缸热压回火炉，其特征在于：油缸耐热接长杆、回火上压盘和回火下压盘的材料均为耐热铸铁。

7.根据权利要求1或2所述的PLC控制大型圆锯片多油缸热压回火炉，其特征在于：回火炉加热的电源由固态继电器接通三相交流电网。

8.根据权利要求1所述的PLC控制大型圆锯片多油缸热压回火炉，其特征在于：液压系统由2个定量叶片泵及驱动电机、8个油缸、8个电液比例节流阀、1个电液比例压力阀和单向阀、平衡阀、电磁溢流阀、电磁换向阀和管路组成；8个油缸中选取一个油缸作为主令油缸，其他7个油缸作为随动油缸，组成主-从运动模式；液压站采用2个定量泵供油，1个大流量泵和1个小流量泵。

9.根据权利要求8所述的PLC控制大型圆锯片多油缸热压回火炉，其特征在于：PLC电控系统包括如下模块，电源模块，用于给PLC控制系统供电；

紧凑型CPU314C-2DP模块，集成有24点开关量输入/16点开关量输出，用于控制油泵电机的开/停、龙门架的移动、回火上压盘的升降；

紧凑型CPU314C-2DP模块还集成有5通道模拟量输入/2通道模拟量输出，使用其中的1个通道模拟量输入/1个通道模拟量输出，用于主令油缸的位移指令控制和主令油缸实际位移量的反馈；

FM355C闭环控制模块带有4通道模拟量输入与4通道模拟量输出，其给定输入、反馈输入以及通过内部数字调节后的输出均为连续模拟信号；用于控制电液比例节流阀和电液比例压力阀，以达到控制油缸同步和油缸压力；

FM355-2S是带有闭环调节功能的模拟量输入/开关量输出的模块，该模块为步进与脉冲控制模块，带有4通道模拟量输入与4通道、8点开关量输出，用于控制固态继电器的通/断，实现控制回火炉的温度。

10.根据权利要求1所述的PLC控制大型圆锯片多油缸热压回火炉，其特征在于：热压回火炉的最大直径为5.2米；触摸屏上输入控制命令，控制系统分为手动和自动控制；手动控制能单独对每个部件进行控制；自动控制用于生产过程的控制，对加热温度和时间、液压系统压力和流量、油缸的位移量进行控制和显示；记录、显示和输出回火过程中升温时间、保温时间、缓冷时间、保温压力。

说明书

PLC控制大型圆锯片多油缸热压回火炉

技术领域

[0001] 本发明涉及热处理设备技术领域，具体是一种PLC控制大型圆锯片多油缸热压回火炉。

背景技术

[0002] 大直径圆锯片在这里特指直径2600毫米至5200毫米的金刚石圆锯片基体。在金刚石圆锯片基体的外圈焊接上金刚石刀头，就成为金刚石圆锯片。大型金刚石圆锯片是石材矿山开采以及大型石材板材切割的重要工具，使用日益普遍，而金刚石圆锯片基体是制造金刚石圆锯片的基础，基体的质量直接影响金刚石圆锯片的使用性能。热处理是制造金刚石圆锯片基体的关键工序之一，热处理回火质量的好坏直接影响锯片基体的平面度、锯片内应力的数值及分布等技术参数，这直接关系到后续工序操作难易程度以及金刚石圆锯片的使用质量。

[0003] 制造大型圆锯片特别是5.2米圆锯片的重要设备热处理回火炉倍受关注，目前使用的大直径圆锯片回火炉存在着一些不足：

[0004] 1．目前还没有用于回火最大直径5.2米圆锯片的热压回火炉。

[0005] 2．有一种使用的是箱式热压电阻回火炉，炉门安装在箱体的前端面。锯片出炉要使用叉车的叉子挑出，锯片是悬垂在叉车的一端，锯片的直径越大，锯片的重心离叉车越远，因此箱式回火炉的回火锯片直径不会太大，直径3米的锯片出炉已非常困难。

[0006] 通常箱式热压回火炉是使用单油缸压紧回火压盘，油缸放置在回火压盘的中心，这样的压紧方式是压盘的中心压力大，而在压盘的外边缘压力小，这容易造成锯片的回火后的平度超差，锯片的直径越大这种现象越显著。

[0007] 使用多油缸热压涉及油缸同步问题，油缸越多同步问题越突出，目前还没有使用多个油缸的热压回火炉。

[0008] 3．还有一种是使用井式回火炉，将锯片放在上下两个回火压盘之间，用螺栓将两个压盘的边缘夹紧，放入回火炉中进行回火。锯片回火出炉时，要将回火压盘吊出炉外，待压盘冷却至室温左右时拧松螺栓，卸开压盘，取出锯片。这种回火方式的不足是：两个回火压盘要反复加热和冷却，造成能源浪费；且这种回火方式的自动化程度低，操作工的劳动强度大。

[0009] 4．当前圆锯片热压回火的自动化集成度低，尚未出现用于热压回火大型圆锯片的多油缸热压回火炉，还没有多环节采用PID控制技术，对油缸的流量、压力和炉温等参数进行PID闭环控制。

[0010] 5．大型金刚石圆锯片基体的材料通常是使用75Cr、70MnCr、70Mn、8MnSi等材料。锯片热处理回火是先将锯片淬火，淬火后的硬度大于HRC60，然后经过回火产生相变，回火后的硬度降低到HRC42-46。大型金刚石圆锯片在淬火过程中虽然经过压平机压平，但由于锯片的面积大，影响锯片淬火不平度的因素比较多，淬火后的锯片不平度还是比较大，还需要经过回火再进一步提高锯片的平面度。

[0011] 当前使用的热压回火炉油缸压力不是随炉温的升高而逐渐加大，而是在整个的回火过程中油缸的压力不变。由于淬火后产生的淬火马氏体脆性比较大，回火初期锯片的金相组织还未发生相变，如果油缸的压力在一开始就比较大，容易使锯片产生微小裂纹。

[0012] 目前，尚未有报道回火最大直径为5.2米圆锯片和使用多个油缸的热压回火炉，本领域技术人员有必要开发一种PLC控制大型圆锯片多油缸热压回火炉。

发明内容

[0013] 本发明的目的就是为了克服现有回火炉热处理技术的不足，提供了一种PLC控制大型圆锯片多油缸热压回火炉，以解决因热处理回火质量差导致的锯片回火后的平度差、回火过程中油缸压力不变和回火方式的自动化程度低的问题。

[0014] 为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：

[0015] 一种PLC控制大型圆锯片多油缸热压回火炉，包括回火炉体、回火炉盖、龙门架、液压系统；回火炉体底部设有回火下压盘；回火炉盖包括回火上压盘和循环风扇，循环风扇置于回火上压盘和回火炉盖之间，循环风扇与回火炉盖连为一体；龙门架置于龙门架行走机构上面，龙门架行走机构上面设置有铁轨，铁轨一端设置有挡铁；液压站安装在龙门架上面；液压系统包括油缸，油缸安装在龙门架上，油缸均匀分布在以龙门架的中心所做出的圆周上；油缸下端连接油缸耐热接长杆，该油缸耐热接长杆的下端与回火上压盘铰链连接，油缸耐热接长杆的上端与回火炉盖活动连接；电控箱安装在龙门架外侧的立柱上；电控箱内安装有PLC电控系统；电控箱外面安装有触摸屏。

[0016] 采用上述技术方案的本发明与现有技术相比：通过设置回火上压盘、回火下压盘、龙门架行走机构、PLC电控系统和触摸屏，通过PLC电控系统控制油缸的流量，使油缸行程同步；控制油缸的压力随着炉温的变化而变化； 从而提高热处理回火质量，避免锯片产生微小裂纹；降低热处理回火工序的能耗；提高热处理回火工序的自动化水平，改善工作环境。

[0017] 本发明的优选方案如下：

[0018] 在油缸的无杆腔端安装有缸用磁致伸缩位移传感器；在油缸上腔压力回路中安装有压力传感器；在回火炉体侧面安装有温度传感器-热电偶。

[0019] 龙门架呈方形框架金属结构，底部设置有上部门架垂直限位挡铁和下部门架垂直限位挡铁。

[0020] 回火炉体底部设置有锯片夹具，置于回火下压盘上面中间位置，锯片夹具中间放置锯片。

[0021] 回火炉体呈圆柱形结构；回火上压盘、回火下压盘分别呈圆盘形结构。

[0022] 油缸耐热接长杆、回火上压盘和回火下压盘的材料均为耐热铸铁。

[0023] 回火炉加热的电源由固态继电器接通三相交流电网。

[0024] 液压系统由2个定量叶片泵及驱动电机、8个油缸、8个电液比例节流阀、1个电液比例压力阀和单向阀、平衡阀、电磁溢流阀、电磁换向阀和管路组成；优选8个油缸中选取一个油缸作为主令油缸，其他7个油缸作为随动油缸，组成主-从运动模式；液压站采用2个定量泵供油，1个大流量泵和1个小流量泵。

[0025] PLC电控系统包括如下模块，

[0026] 电源模块，用于给PLC控制系统供电。

[0027] 紧凑型CPU314C-2DP模块，集成有24点开关量输入/16点开关量输出，用于控制油泵电机的开/停、龙门架的移动、回火上压盘的升降。

[0028] 紧凑型CPU314C-2DP模块还集成有5通道模拟量输入/2通道模拟量输出，使用其中的1个通道模拟量输入/1个通道模拟量输出，用于主令油缸的位移指令控制和主令油缸实际位移量的反馈。

[0029] FM355C闭环控制模块带有4通道模拟量输入与4通道模拟量输出，其给定输入、反馈输入以及通过内部数字调节后的输出均为连续模拟信号；用于控制电液比例节流阀和电液比例压力阀，以达到控制油缸同步和油缸压力。

[0030] FM355-2S是带有闭环调节功能的模拟量输入/开关量输出的模块，该模块为步进与脉冲控制模块，带有4通道模拟量输入与4通道、8点开关量输出，用于控制固态继电器的通/断，实现控制回火炉的温度。

[0031] 热压回火炉的最大直径为5.2米；触摸屏上输入控制命令，控制系统分为手动和自动控制；手动控制能单独对每个部件进行控制；自动控制用于生产过程的控制，对加热温度和时间、液压系统压力和流量、油缸的位移量进行控制和显示；记录、显示和输出回火过程中升温时间、保温时间、缓冷时间、保温压力。

附图说明

[0032] 图1 为本发明的结构示意图；

[0033] 图2 为本发明中图1的A-A剖视图；

[0034] 图3 为本发明PID闭环控制系统图；

[0035] 图4 为本发明回火炉自动控制流程图。

[0036] 代码解释：

[0037] PLC：可编程式逻辑控制器。

[0038] PID：闭环控制算法。

具体实施方式

[0039] 下面结合图1至图4给出的实施例对本发明作进一步阐述，但实施例不对本发明构成任何限制。

[0040] 一种PLC控制大型圆锯片多油缸热压回火炉，参见图1和图2，图中龙门架1，回火炉体2，铁轨3，档铁4，龙门架行走机构5，电控箱6，温度传感器-热电偶7，回火炉盖8，油缸耐热接长杆9，液压站10，磁致伸缩位移传感器11，油缸12，循环风扇13，回火上压盘14，锯片15，回火下压盘16，上部门架垂直限位挡铁17，下部门架垂直限位挡铁18，锯片夹具19。

[0041] 回火炉体2底部设有回火下压盘16；循环风扇13置于回火上压盘14和回火炉盖8之间，循环风扇13与回火炉盖14连为一体。

[0042] 龙门架1置于龙门架行走机构5上面，龙门架行走机构5上面设置有铁轨3，铁轨3一端设置有挡铁4。

[0043] 液压站10安装在龙门架1上面。

[0044] 液压系统中的油缸12安装在龙门架1上，油缸12均匀分布在以龙门架1的中心所做出的圆周上；油缸12下端连接油缸耐热接长杆9，该油缸耐热接长杆9的下端与回火上压盘14铰链连接，油缸耐热接长杆9的上端与回火炉盖14活动连接。

[0045] 电控箱6安装在龙门架1外侧的立柱上；电控箱6内安装有PLC电控系统。

[0046] 电控箱6外面安装有触摸屏。

[0047] 其中，在油缸12的无杆腔端安装有缸用磁致伸缩位移传感器11；在油缸上腔压力回路中安装有压力传感器；在回火炉体2侧面安装有温度传感器-热电偶7。

[0048] 龙门架1呈方形框架金属结构，底部设置有上部门架垂直限位挡铁17和下部门架垂直限位挡铁18。

[0049] 回火炉体2底部设置有锯片夹具19，置于回火下压盘16上面中间位置，锯片夹具19中间放置锯片15。

[0050] 回火炉体2呈圆柱形结构；回火上压盘14、回火下压盘16分别呈圆盘形结构。

[0051] 油缸耐热接长杆9、回火上压盘14和回火下压盘16的材料均为耐热铸铁。

[0052] 回火炉加热的电源由固态继电器接通三相交流电网。

[0053] 液压系统由2个定量叶片泵及驱动电机、8个油缸、8个电液比例节流阀、1个电液比例压力阀和单向阀、平衡阀、电磁溢流阀、电磁换向阀和管路组成；优选8个油缸中选取一个油缸作为主令油缸，其他7个油缸作为随动油缸，组成主-从运动模式；液压站采用2个定量泵供油，1个大流量泵和1个小流量泵。

[0054] PLC电控系统包括如下模块，

[0055] 电源模块，用于给PLC控制系统供电。

[0056] 紧凑型CPU314C-2DP模块，集成有24点开关量输入/16点开关量输出，用于控制油泵电机的开/停、龙门架的移动、回火上压盘的升降。

[0057] 紧凑型CPU314C-2DP模块还集成有5通道模拟量输入/2通道模拟量输出，使用其中的1个通道模拟量输入/1个通道模拟量输出，用于主令油缸的位移指令控制和主令油缸实际位移量的反馈。

[0058] FM355C闭环控制模块带有4通道模拟量输入与4通道模拟量输出，其给定输入、反馈输入以及通过内部数字调节后的输出均为连续模拟信号；用于控制电液比例节流阀和电液比例压力阀，以达到控制油缸同步和油缸压力。

[0059] FM355-2S是带有闭环调节功能的模拟量输入/开关量输出的模块，该模块为步进与脉冲控制模块，带有4通道模拟量输入与4通道、8点开关量输出，用于控制固态继电器的通/断，实现控制回火炉的温度。

[0060] 热压回火炉的最大直径为5.2米；触摸屏上输入控制命令，控制系统分为手动和自动控制；手动控制能单独对每个部件进行控制；自动控制用于生产过程的控制，对加热温度和时间、液压系统压力和流量、油缸的位移量进行控制和显示；记录、显示和输出回火过程中升温时间、保温时间、缓冷时间、保温压力。

[0061] SIMATIC S7-300编程软件STEP7，触摸屏组态软件WinCC flexible。

[0062] 图3是回火炉电气系统和液压系统相结合的3个PID闭环控制示意图：图中有油缸的位移同步PID闭环控制、油缸的压力PID闭环控制和回火炉加热温度PID闭环控制。

[0063] 图中：虚线表示液压系统的油路；细实线表示电控系统的控制电路。

[0064] 电磁换向阀1为三位四通电磁换向阀。

[0065] 平衡阀2用于液压油缸8拖动回火上压盘下降时，在油缸的有杆腔产生背压平衡油缸杆、油缸杆耐热接长杆、回火上压盘、炉盖、风扇的重量，防止重物超速下降发生事故。

[0066] 单向节流阀3组成的节流回路，实现油缸进油和回油双向进行节流调速。

[0067] 压力传感器4为压阻式传感器，使用4-20mA或0-10V输出的标准信号。

[0068] 电液比例压力阀5为不带电反馈的先导式电液比例压力阀，用于控制回路压力。

[0069] 电液比例节流阀7为先导式电液比例节流阀，它与4个单向阀6组成桥式回路，实现油缸上升和下降两种工况的速度调节。

[0070] 油缸8选用活塞杆端为螺纹连接、油缸中部法兰连接的结构。

[0071] 油缸上部的位移传感器9，选用缸用磁致伸缩线性位移传感器，输出使用4-20m或0-10VA的标准信号。

[0072] 液压的供油系统由2个定量叶片泵组成，1个大流量低压力泵+1个小流量高压力泵。油缸保压时，大流量低压力泵停止运转。

[0073] 油缸伸缩位移同步PID控制：在触摸屏上手动输入控制油缸位移速度的电液比例节流阀开度的指令，经由MPI总线传输到CPU314C-2DP，由CPU的模拟输出端输出4-20mA或0-10V标准信号，经过比例放大器功率放大后，驱动电液比例节流阀的比例电磁铁，控制电液比例节流阀的开度，调节主动油缸的运动速度。而7个从动油缸的运动是跟随主动油缸运动的PID控制，其给定信号来自主动油缸电液比例节流阀的磁致伸缩位移传感器，反馈信号来自各个从动油缸的磁致伸缩位移传感器。给定信号和反馈信号输入到FM355C闭环控制模块，FM355C模块经PID运算输出4-20mA或0-10V模拟信号，经过比例放大器功率放大后，驱动从动油缸的电液比例节流阀的比例电磁铁，调节从动油缸的移动速度。

[0074] 回火炉温度的PID控制：在触摸屏上设定回火温度值，CPU314C-2DP及FM355-2S经过PID运算后输出脉冲电压信号，控制固态继电器的开/关，控制固态继电器通电时间的长短，进而控制加热的时间。由热电偶温度传感器测量回火炉的温度，温度经FM355-2S处理后参与PID运算。CPU314C-2DP、FM355-2S、固态继电器、加热元件、温度传感器-热电偶等组成温度闭环控制系统。

[0075] 油缸压力的PID控制：液压系统的压力是根据炉温在升温时的实际值逐步升压到额定值，压力的给定值在程序中设定，压力值的反馈信号由压力传感器提供，输入到模块FM355C，经模块的控制器的偏差计算、调节器计算，控制器输出操作值到比例放大器，经功率放大器放大后，控制电液比例压力阀的比例电磁铁，控制液压系统的压力。

[0076] FM355C和FM355-2S模块随机带有工具软件，安装工具软件后，通过STEP7编程软件进行硬件配置、参数设定。通过工具软件提供的标准功能块编制用于控制FM355C和FM355-2S的应用程序。标准功能块在循环中断组织块OB35中进行调用，周期性地定时执行闭环控制系统的PID运算程序，在此将循环中断组织块OB35的循环时间设置为100ms，每隔100ms采集1次数据，并输出控制参数。在启动中断组织块OB100中设置CPU的初始化操作。

[0077] PLC控制系统采集各种相关的开关量和模拟量信号传递给CPU；通过CPU的I/O和PID闭环控制功能模块对信号进行分析处理；根据初始化参数和采集信号计算运行参数和在触摸屏上实时显示参数；输出控制油缸、加热元件的模拟量信号和开关量信号；输出报警信息及处理信息。

[0078] 图4为锯片回火自动控制流程图。将锯片15吊入炉内，然后手动触按触摸屏上的“自动运行”按钮，进入回火自动控制程序；龙门架1带动回火炉盖8一起右移，当回火炉盖8对准回火炉体2时，右限位行程开关切断龙门架1移动电路，龙门架1移动停止并同时自动启动液压双泵系统；油缸12自动下降，进入油缸12下降同步控制程序，同步控制精度为0.5mm，当油缸12下降偏差超过5mm时停机，进入手动调整油缸12偏差。当油缸12下降到使回火上压盘14触压到锯片15并压紧锯片15时，液压系统压力上升到设定的保压压力时：液压系统大泵停、回火炉盖8上的循环风扇13启动、回火炉的电热元件通电加热、升温计时器开始计时；当炉温升至设定的保温温度时：升温计时器停止计时、保温计时器开始计时；当保温计时达到设定的时间时：保温计时器停止计时、缓冷计时器开始计时、电热元件停止送电；当缓冷计时到时：缓冷计时停、炉盖循环风扇13停、液压大泵开、油缸12上升，进入油缸12上升同步控制程序，油缸12上升同步控制程序与油缸12下降同步控制方法相同；当油缸12上升到上限位点，通过油缸12内装的磁致伸缩位移传感器11发出信号：停止油缸12上升、停止液压双泵、启动左移龙门架1；龙门架1左移至左限位行程开关后，龙门架1移动停止，回火自动控制程序运行结束；此时可以吊运锯片15出炉。该过程是一个完整的锯片回火过程。

[0079] 本领域技术人员不脱离本发明的实质和精神，可以有多种方案实现本发明，以上所述仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变化，均包含于本发明的权利范围之内。