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基于PLC控制洁净恒温烘柜机电一体化设计

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  • 发布时间:2014-08-21
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在电子及半导体行业,特气零件应用非常广泛。基于工作环境的特殊性,其对洁净度要求非常高,而在零件焊接和部分组件装配过程中,不可避免地会沾染空气中的颗粒物,吸附在管壁或有拐角的地方 ,用普通的吹扫方式,效果不佳。这就需要对零件进行深度清洗,然而附着在零件表面的水却难以去除。用烘烤的方法可行,但市售的普通烘箱,无法满足其对洁净度的要求。而本设计可以很好地解决以上问题。

1 设备整体方案设计1.1 设备预实现的功能及技术指标(1)该洁净恒温烘柜是 由4kW 电阻丝加热,控制温度范围为 25℃ -300℃之间,可调。

(2)可预调节恒温柜温度,干燥过程可实现任意温度恒温控制,温度误差控制在≤2℃以内。

(3)预制时要显示设置温度,恒温时显示实时温度,显示温度精确到 0.1℃。

12 设备结构的组成(1)机械单元:高效过滤器、风机、加热系统、真空挡板阀、真空泵。

(2)电气单元:铠装热电偶、温控器、报警装置、控制总线 、驱动器、电阻丝 、电磁阀。

1.3 设备工作原理(1)洁净原理 开启真空泵,抽走浮尘,并用纯氮破空;在风机的作用下,将热空气从烘柜-侧通过高温高效过滤器送人柜内,经另-侧排除,经20-30分钟运行后,柜内洁净度可达百级 (即含粒径≤0.3um的微粒 ≤3.5粒 /L)。

(2)除湿原理:在高温下液态水蒸发为气态 ,快速流动的空气带走水蒸气,从而达到去水的效果。

(3)控制系统原理:恒温柜用电热丝来完成对其内部进行加热 ,因该设备在正常工作时温度较高,且对温度控制精度相对要求高,所以使用精度较高且耐高温的铠装热电偶作为测量温度器件较为合适。恒温烘柜的电源采用三线制单相 220V交流电,加热丝的输出功率通过可控硅进行调节。温控系统启动后,PLC将由热电偶采集来的温度测量值与初始设定值进行 PID运算,然后输出信号给可控硅,对加热丝的功率进行控制,从而将温度保持在设定值。

PLC在进行运算的同时会做出相应的判断,来决定是否输出报警信号等。该温控系统主要由人机界面、主机、温控三部分组成。图 1为 PLC洁净恒温烘柜温度控制系统图。

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然后通过人机界面调出存储在内存中的工艺配方,并根据情况选用相应的配方,做好烘干前的准备工作-始烘干作业后,流程如下:(1)启动风机,让气流流经烘柜各层。

(2)通过人机界面点击启动按钮,PLC按照既定的参数开始工作。

(4)待烘柜内温度恢复常温,相关控制系统停止风7≮鬈机工作。

3 系统硬件设计3.1 控制过程及控制系统组成控制过程:烘柜开始工作后,实时温度值 由热电偶进行采集,并通过模拟量扩展拈传送给 PLC,目标温度由人机界面输入 CPU,主控单元通过将实测值与设定值进行PID运算,得出相应控制量 该结果 由相应拈输出到可控硅 (SCR),再由可控硅控制加热丝进行加热。

该控制系统主要由主控单元 、监控单元、温度检测与执行机构四大部分组成。 其中,主控单元包括 S7-1200系列 PLC和模拟量扩展拈;监控单元为TP700触摸显示屏;温度检测单元主要由铠装热电偶来实时完成 ;执行机构包括可控硅 (SCR)单项调压拈和加热丝。

3-2 硬件的选型高温高效过滤器的优点 :(1)性能卓越的过滤介质。

S7-1200系列小型 PLC适用于各种 自动化控制系统,该型具有成本低廉 、结构紧凑、功能强大的指令集。从而使 s7-1200系列PLC成为各种小型自动化控制任务的理想选择。同时,西门子 S7-1200系列产品具有基于Windows及多元化的编程工具,能够出色地完成各种小型自动化控制任务。

西门子公司的TP700智能型触摸屏具有突出的优点 :(1)超高的性价比。

(2)前面板经过防水防尘化处理,应用环境范围较为广泛。

铠装热电偶的优点:(1)由于直接接触被测物体,测量较准确。

为了方便操作和使用,我们将烘柜温度控制系统安装在烘柜的外壁上 ,基于有限空间,我们优先考虑选用体积较小但功能强大的控制类型。另外,温度控制单元芭在工作现场,这就要求其抗干扰以及防水防尘等功能务必非常突出。最后,还要考虑硬件选配的使用成本等问题。综上所述,以下选型较为合适:主控制器选用s7-1200系列PLC.CPU型号为 6ES7214-1BE30-OXBO;模拟量扩展模8块选用两块4I/2Q可满足使用要求;人机界面选用西门子公司生产的触摸屏 ,型号为 TP700;PLC与触摸屏的通讯可直接采用 PPI电缆作为传递信号的媒介;温度传感器采用铠装热电偶。

4 软件系统设计本控制系统主控制器的编程软件采用TIA Portal step7V11,并使用 LAD作为编程语言。

该控制系统采用传统的PID控制模式,其由PID控制器和控制对象组成,PID根据给定值r(t)与实际输出值c(t)构成控制偏差 e(t)r(t)-C(t),将偏差的比例 (P)、积分 (I)、微分 (D)通过线性组合构成控制量。

图3 洁净恒温柜 自动控制系统功能框图西门子 TP700智能触摸屏 的编程软件采用 TIA Portalsimatic wince,版本为 TIA Portal simatic wincc V1 1,该软件是基于Windows的软件,广泛支持Windows系列版本。具有完整的工程项 目管理环境,面向图形和动态 Tags编辑。

5 结语该控制系统准确、稳定地实现了恒温洁净烘柜工作过程中各个参数实时有效的控制,使用功能强大但体积较小的西门子 S7-1200系列 PLC和西门子系列智能触摸屏构成的烘柜温控系统,达到了准确、快速、经济、可靠的控制目的。该设备可广泛应用于电子及半导体等对零件洁净度要求较高的行业。◇

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