（材料学专业论文）新型气体渗氮计算机控制系统.pdf

西南交通大学研究生学位论文 3 7 3 3 2 驴 ，概述了渗氮的机理，介绍了几种可控渗氮系统的设计方案，详细阐述了实际采用的一 种可控渗氮设计方案的硬件实现和软件设计，包括硬件电路原理，软件功能介绍，袜件编制 思路及编制过程中要注意的关键问题。叙述了本系统所采用的数学模型的建立过程。7 新型气体渗氮计算机控制系统是以分布式测控系统d c s ( d i s t p j b u t e dc o n t r o l s y s t e m ) 为设计思想，采用主机为工业控制计算机及从机为智能仪表的主从式控制模式。 主丰脚从柳之间通过r s 4 8 5 接口进行串行j 百信。由于计 期朐串口是r s 2 3 2 接口，因此在 主机内加入块多功能串行通信转换卡。主砂杌进行通信时必须遵循相同的通信协议，保持 相同的通信速率。控制系统采用s s r ( 固态继电器) 作为开关元件准确启动与关闭加热电 源。控制系统的软件在编制时采用v b 的m s c o m m 控件来腔制逦屉f 过程。整套钦f 牛具有 工艺设定，数据采集，结果保存，打印报表，显示图形，异常处理等多种功能，能很好地对 渗氮工艺处理过程进行控制。 一7 睡帛4 系缀至过了烈窕诵式j 哆次的工艺 捐鲥工艺 捐矧黼了分析 蚴金相j 5 1 焚甄 硬度检验铆结果表明：控带燥统性黼急定可靠控制黻商徽高质量i 匆嬲的要求、厂 关睦河id e s ，r s 4 8 5 接口，串承通信协议，固态继电器，m s c o m m 控件 西南交通大学研究生学位论文 a b s t r a c t t h ep r i n c i p l eo f n i t r i d i n ga n ds e v e r a ld e s i g n so f c o n t r o l l e dn i t r i d i n gs y s t e ma r er e c o n t e di nt h e p a p 既t h e nt h eh a r d w a l _ ea n ds o t h v d l eo f t h ea d o p t e dd e s i g na r ei n u x x l u c e di nt h ep a p e r ，i n c l u d i n g t h ed e s i g no f h a r d w a r ec i r c u i l , s o f l w a r e sf l l l l 商o i l ，p r o g r a n m ；m gi d e a la n dt h ei m p o r t a n tp r o b l e m s s h o u d b e p a i d a t t e n t i o n i n p r o g r a m m i n g s o m e m a t h e s m o d e l a l s o i s i n t r o d u c e d i n t h e p a p e r t h en e w - s t y l eg a s o u sm 舡i c u n gc o m p u t e rc o n t r o l l e ds y s t e mi sb a s e do nd c s sm o d e s ta d o p t s p r i n c i p a la n ds u b o r d i n a t ec o n 扛d l l e dm o d ei nw h i c ht h ec e n t m c o m p u t e ri si n d u s t r i a lc o n w o l l e d c o m p u t e ra n d 蜀止1 0 “n 眦c o m p u t 日i si n t e l l e c t i v ei n s t r u m e n t i h ec e n t r a lc o m p u t e rc o m m u n i c a t e s w i t hs u b o r d i n a t ec o m p u t e r st r m u g hr s - 4 8 5i n t e r f a c e f o rc e n t r a lc o m p u t e rh a so n l yr s - 2 3 2 i n t e r f a c e , am u l t i - f u n c t i o ns e r i a lc o m m t m i c a l i o nc a r di su s e d t h ec e 盯i r a lc o m p u t e ra n ds u b o r d i n a l e c o m p u t e rm u s tc o m p l yw i g as a m ec o m m u n i c a t i o n sp r o t o c o la n dk e e ps o m ec o m m u n i c a f i o n s r a t e t h ec o n t r o l l e ds y s t e mu s e ss s ra ss w i t hc o m p o n e a l _ tt oc o n l m lp o w e r8 0 l 黼t h es o f t w a l o f c o n t r o l k x i s y s t e m u s e sm s c o m mc o n t r o l l e db o x i n t h ev b t o c o n t r o l c o m m u n i c a t i o n p r o c e s s i n g t h e s o f l w a r eh a s m a n y f u n c t i o n ss u c ha s v a d r a w i n gu p p r o c e s s e s ，s a m p l i n g , r e s t o r i n gd a t a s , p r i n 血gr e p o r t s , d i s p h y i n gm a p s , d e a l i n gw i t ha b n o r m i f i e sa n ds o o r d t c a n c o n t r o l n i l r i d i n g p r o c e s s i n g v e r y w e l l s y s t e md e b u g sa n dm a n yp r o c e s s s t e s t e sa r ed o n ea n dt h es a m p l e sa r ee x m a i n e d t h er e s u l t s s h o w st h a t1 l | i sc o n l r o l l c ds y s t e mh a sg o o dr e l i a b i l i t ya n ds c a 加i 蛳曲c o n l r o u i n gp r e c i s i o na n dc a r l m e e t t h e r e q u i r e m e n t s o f h i g h q u a l i t y n i u i d i n g p r o c e s s k e y w o r d s ：d c s r s - 4 8 5i n t e r f a c e s e r i a l p o r t c o m m u n i c a t i o np r o t o c o l 西南交通大学研究生学位论文 第l 页 第一章概述 第节讨舅第陌e j i 蝴中的应用 热处理工艺过程大多数是种非稳态的不平衡过程，工艺多数需不断地调整完全凭 人的经验很难完成精确控带m 。然而，计算棚圾控制技术的飞速发展为这一切提供了可能。 目前，计算机在热处理行业中已经得到了广泛的应用，并取得了许多令人振奋的进步 和成就。如在热处理过程中利用计算朝j 拄彳亍设计计算或辅助设计；进行数据处理并预测工 件热处理后的陛能；对热处理过程的控制：对热处理生产实行计算机辅助管理等。尤其在 工壬控制中的应用，使传统的热处理技术得到了飞跃陛的改进。诸如美国t r w 公司设计 的美国第个用计算机控制的自动化热处理工部l ；矾1 e r n a 口o l q a lh a r v e s t e r 的 以微处理机为基础的控制系统在连续气体渗碳炉上的应用io 它们极大地提高了生产效 率和零件性能。可以说，计算机的应用给热处理行业带来了一次革命。 化学热处理是提高钢铁零件使用性能和寿命，充分发挥钢铁材料潜力的重要工艺手 段，在现代棚械制造业中得到了广泛的应用。目前它已成为热处理的重要分支之一。渗氮 作为最常用的化学热处理工艺，它的发展大约有七十多年的历史。2 0 年代，渗氮开始用 于生产。首先，是经历了十年传统的分解氨气体渗氮，主要是使含有铝，铬，铜，钛或钒 的合金钢( 渗氮钢) 的工件在氨气中进行渗氮。处理时间一般需3 0 - 7 0 小时，处理后， 氮可扩散到十分之八毫米深卜j 。 为了缩短处理时间，人们发明了种工艺方法，即在辉光放电条件下j 搿亍渗氮，它可 以不用氨气而应用气体氮进行渗氮。这种方法称为“离子渗氮”。最初是由于电控系统 及其它技术领】或( 真空技术绝缘材料等) 的高速发展而产生的。以后又发展了含氰化物或氰 酸盐的盐浴，称为“盐浴渗氮”或“t e n f e r ”法进行工磨具，非合金钢，铸铁或烧结 材料的渗氮。和气体渗氮相比，离子渗氮可显著地缩短处理时间。在特殊| 青况下，由所获 得的应用效果促进了“粉末渗氮”的发展，它是以颗粒作为渗氮剂。 随着们对氮，碳综合作用的深入了解，如果在供碳气体中添加氨，则在气体中也可 以同时进行渗氮和渗碳。即所谓的“软氮化”。 由于气体渗氮和离子渗氮各有优点，因此，气体渗氮不能完全被离子渗氮取代。气 体渗氮和氨的历史有密切关系。1 9 1 3 年由氧和氢合成氨的大工业生产获得成功，由h e b e r c h e n g d u c h i n a 2 0 0 0 6 2 5 西南交通大学研究生学位论文第2 页 和b o s c h 发展的合成氨法开辟了氨的大规模工业应用途型”。 5 0 、6 0 年代，实际使用的气体渗氮法有了改进，7 0 年代以来，渗氮技术进入了大发 展阶段。在工艺方面，主要围绕着缩短工艺处理时间，发展多元共渗，新加热技术，新渗 剂，新钢料，以及各种复合热处理工艺等方面开辟了试验研究。出现了诸如d e g a n i t ， n i k o f e r ，n i k o t r i e r e n ，n i t e m p e r ，n i t r o c ，o x i c a d ，t r i n i d i n g 等工艺方 法l6 1 。 此外，近年来还开展了渗氮过程的微机控制，并已在生产e 应用取得了良好的实际 效果。 “渗露的基本特征是钢铁材料表层富集氮的种化学热处理方法。渗氮或氮碳共渗改 变组织状态，因而也改变钢铁材料在静载荷和交变应力下的强度性能、耐摩性能、成形j 眭 及抗腐蚀陛能。当处理温度低于6 0 0 度时，就不会象奥氏体淬火那样发生组织转变，以 致可以以任意速廖新亍冷却，而不出现马氏体。与淬火相比较，渗氮工件的尺寸和变形是 极微小的。因而可简化或完全取消加工处理。此外，能量消耗也比其他热处理稍小。 在所有的工业领域中，应用渗氮或氮碳共渗提高强度，抗磨损和抗腐蚀陛能，已在技 术上获得广泛应用。 渗氮是铁素体的种热化学处理过程，包括氮的转移与扩散进入铁素体基体。活性氮 原子渗入基体后，生成弥散的氮化物及固溶体，分布于工件表面，达到改善钢铁材料组织 性能的目的。 渗氮一般在5 1 0 和5 3 0 温度之间进行，也有用5 9 0 以匕温度进行处理的奥氏体 氮化。赛碳共渗大部分在5 7 0 至5 8 0 之间，有时也在5 9 0 以上j 。渗氮工艺过程为： 1 在工件表面形成供氮介质覆盖层，在相界处供氮剂进行分解并吸收氮原子。2 氮原子 通过表面向材料内部转移( 吸l 。3 氮原子沿晶界和通过晶粒向材料表层扩散。前两个 过程决定于供氮齐哒到工件表面并在此分解的量。采用氨气时，在与铁表面作用时，按下 面反应式进行分解：2 n h 3 = 3 h 2 + 2 n 钢的渗氮反应的通式可写成 c h e n g d u c h i n a 2 0 0 0 - 6 2 5 西南交通大学研究生学位论文第3 页 n h 3 = 1 5 m 【n - 一一( 1 - 1 ) a g = - - r t i n k p + r t i n ( ”o p n b ) - ( 1 - 2 ) 当式( 1 - 1 ) 达到平衡时，a g = 0 。所以an = kp l 。p 虹”_ ( 1 3 ) 式中p 舢是气相中氨允压，是气相中氢分压，q 。是与气相平衡的铁表面自勺 鼠活度。 在工程技术中，令y = k 一15 ，其数值和铁表面的平衡活度成正比，称为含氮气体 的氮势或简称氮势。式( 1 3 ) 中的a 。和砩都与标准态的选择有关。如果a 订= p 05 ，并以 p r o - - l a m a 为标准态，则渗氮反应式( 1 1 ) 和氨分解反应的标准态一致。在这种隋况下，可 以直接用氨分解反应的平衡常数，通过式( 1 _ 3 ) 计算氮势与铁中氮活度之间的关系。 从以上阐述可知，氮势y = 一”有以下性质： 1 ) 氮势值的大小只取决于气相的组成。 2 ) 在一定温度下，氰势y 正比于与气相平衡的铁中的氮的活度。 3 ) 在一定温度下形成y o ：第二种为u l ( 0 且u g k 0 ：第j 三种为u k 0 且l g k 0 ；第四种为u x o 。 通常第种和第三种模式需要的门极电流b 最小，第二种次之，第四种需要的电流最大。 即： i g n i 。 i 。 i 。，因此第四种触发模式除需高灵敏度者外般不采用。可见，双向 c h e n g d u c h i n a 2 0 0 0 6 2 5 西南交通大学研究生学位论文第1 3 页 晶闸管的触发工作方式相当灵活，它可用交流或直流脉冲触发导通，大大简化控制电路。 3 s s r 的类型 s s r 的历史较短，但随着基础功率器件，外围半导体元件，耦合元件的技术进步而处 于发展阶段，其品种类型正在增加。具体有以下几种分类方式。 1 ) 按功能分类： 可分为交流型( a c - s s r ) ，直删o ) c - s s r ) 。交流型中又可分为过零型( 零压开美哟和 随机型( 非零压开关骂。当施加接通信号后，输出器件导通时刻延i 尽到正弦波电压零点交 越后的某点( + 1 5 v ) ，称之为过零型。当施加接通信号后，输出器件瞬间导i 瞰常开型) 的称 为随机型。过零型在主回路导通时，每周期只产生微小的噪声信号。随机型可在任意的交 流相位e 导通。这样，导通瞬间可能产生较大的噪声。但它具有电路觯，造价低等特点。 d c s s r 作为开关元件时由电力晶体管构成。目前用作控制中小功率的直流电感，电 动机及无触点开关等。 2 ) 按隔离方式分瓷 ( 1 ) 利用笛簧及超小型继电器的可动接点 ( 2 ) 利用脉冲变压器 ( 3 ) 利用固体元件如光电悼拾器 4 s s r 特点及应用 s s r ( 固态继电器) 在结构上和原理上都与机电继电器不同。它不仅克服了有触点继 电器的弱点，还呈现出介电强度高，弱电控制强电，逻辑兼容输入，开关速度快，无 噪音，电磁或射频干扰最低，寿命长，可靠性高，环境适应性强，通常可由微处理机 或集成电路输出电平直接驱动，内附吸收电路，使用极为方便等特点。已成为继电器 更新换代的新兴控制元件。被广泛应用于自动化控制领域调光，温控，调压调速，自 控，固体开关韵。 c h e n g d u c h i n a 2 0 0 0 6 - 2 5 西南交通大学研究生学位论文第1 4 页 第节主电路的设计 渗氮炉额定功率为7 5 k w ，分为前后两段加热控温区。两段加热炉丝均采用三相星型 接法，每相均接个固态继电器。 第二麓控制电路的设计 一温度控制系统 1 信号采集过程 采用两只热电偶分别检测前后两段炉温，将温度信号转换成电势信号后送至p i d 智能调节器。智能p i d 智能调节器经过转换将得到的实际温度值通过串口卡传 给蝴( 工拯胁如图3 1 所示： 图3 1 温度信号采集过程示意图 2 温度控制过程 匕位机根据下位机智能仪韵传来的实时工艺参数值控制工艺的进行，决定发给下 位机的信号。而下位机则根据匕位机发来的温度控制值通过调节输出接口传给s s r 固态 继电器导通或断开输入信号，控制渗氮炉加热功率，自动控制渗氮炉炉温。如下图3 2 所示： 图3 2 温废控带憷挤聪图 二气氛控制系统 1 信号采集过程 通过氢分析仪测蜀挂 储气罐的炉内样气中的氢浓度，将得到的电势毫伏值传鲜 c h e n g d u c h i n a 2 0 0 0 6 2 1 西南交通大学研究生学位论文第1 5 页 p i d 智能调节器，p i d 智能调节器再将此信勘蘑过串口卡传给计算朝，计算机根据此信号 值利用函数变换得到相应的氢浓度值。 l 氢分析仪卜叫p i d 智能调节器卜_ 卅串口卡卜_ 叫工控机l 【一【。一【。一【一 图3 - 3 气氛信号采集过程示意图 2 气氛控制过程 计算机在工艺进行的过程中，按照所设定的工艺参数要求发给p i d 智能调节器气氛 控带幢命令，p i d 智能调节器眺蚴憎为设定值自动控制电磁阀通断，即控制n h 3 的 流量。 p i d 智能调节器以4 8 5 接口方式与上位机的p c 机内式转换卡相连接。 三p c 机内式转换卡： 在本控制系统的数据采集，监控管理即集街啦制中，要球集中控制主柳对功2 场的运行 数据进行监测，主机和各从机系统应实时，准确，高速进行通信。而串行通信是计算机之 间种有效的通信手段。由于它高效，可靠，价格便宜并遵循统一的标准，因而得到广泛 的应用。 通常串行通信口进行数据通信是采用e 5 - 2 3 2 接口进行的。由于w i n d o 砸j 通信驱动程序 蚴札d r v 最多只支持4 个串行口。尽管提供的通信函数( 如o p 酬c 0 蝴) 从参数匕允许打 开多达9 个串行口1 2 ，但由于驱动器的限制，它们实际能操作的串行口仍然只有4 一圳。 然而在分布式监控系统应用中往往要用到超过4 个以上的串行通信端口，而般p c 机只 提供两个r s - 2 3 2 标准串行通信端口，其中个多用于鼠标。所以，应根据实际情况增加 串行通信端口的数量。 本控制系统中采用研华工控的新型4 端口信号转换串口卡来增加所需要的串行端口。 这种p c 机内式转换串口卡采用i s a 总线，每端口可以通过板e 跳线分别设置成r s - 2 3 2 ， r s - 4 2 2 ，r s - 4 8 5 通信模式和相应的i 0 地址，在扩展模式下，四个端口可以分配为同一 个中断向量。由于其价格便宜，性能燧，使用方便，广泛用于多端口串行通信中。 四r s - 4 8 5 通讯接口 在本系统的测控过程中，主从机之间需要不断的进行信息交流，通讯成为了基本而重 要的功能之一。本测控系统主从机采用4 8 5 接口进行通讯。 i r s - 4 8 5 是近年来从r s - 2 3 2 c 接口技术发程而来的新型数字通讯接1 ：3 。采用的是 平衡式差动的两线发送，两线接受的双向数据总线两线制方式l 。这种方式下发送器接 受器和r s 一2 3 2 c 采用的所谓单楷发送器，接受器不样。在单端发送器接受器中，只 要一条信号线，根据该信号线上的电平相对于公共的信号地电平的大小决定是逻辑i 或逻 c h e n g d u c h i n a 2 0 0 0 6 2 5 蕊南交通大学研究生学位论文 第】6 页 辑，o ”。而在平衡方式中，传送个信号要用两条线，根据两条线上的电平之差值来决定是 逻辑y 或j 蹬癣心，与烛浮线无关。在建立好的通讯系统中，e 位机和下位机( 调节i 黔的 内部接受器的接受高( r d + ) g r f 氐( r s - ) 线以及内部投送器的笈送高( s 叶) 和 氐( s d 二) 线都搓茌 数据总线上平时内部发送器的发送线处于高阻关闭态i “j 。通日醢晡! 示意图如图3 4 所 示。通常e 位机是讲者，下位调节器是听者，并按主，从方式进行通讯。多台仪表的通讯靠 地址( 设备 势的不同来互相区分。通讯中，发送方需将发送线置于低阻态。发送完成后，发 送线需重新恢复到高阻关闭态，接受方在接受数据完成后，又成为发送方。因此r s 4 8 5 接 1 ：3 存在着双向数据总线转换冲突问题。在本通讯系统中，通过在匕位机由软件调整通讯延 时，下位机由仪表的r s 4 8 5 延时时间窗口调整延时时间来解决冲突问题。 图3 4 通讯协议的通娟过程示意图 2 通常p i d 智能调节器与e 位枷疆过r s 4 8 5 接口进行通讯示意图如下： c h e n g d u c h i n a 2 0 0 0 - 6 - 2 5 堕堕奎望查堂塑壅生堂堡垒皇篁! ! 蔓 图3 5r s 4 8 5 接口通订际意图 图3 6r s 4 8 5 通讯线路图 3 r s 4 8 5 通讯接口的技术数据i 。j 1 ) 信号电平：e i ar s 4 8 5 电平5 v 差动 2 ) 通讯方式：r s 4 8 52 线半双工( 多路) 3 ) 同步系统：起始停止位同位异步通讯 4 ) 通讯距离：1 2 0 0 米 5 ) 通诩速度：1 2 0 0 ，2 4 0 0 , 4 8 0 0 ，9 6 0 0 波特率 6 ) 数据格式：8 张常用格式：数据7 位州耽l 验位，喇亭i e 位 7 ) 数据快校验：异或( 双字匍 8 ) 通讯码：a s c i i 9 ) 握手信号：未使用 1 0 ) 连接台数：r s 4 8 53 2 台1 5 公里 c h e n g d u c h i n a 2 0 0 0 6 2 5 西南交通大学研究室学位论文 第1 8 页 第。常系鳓躲鼢耩 撤据对垒产实践的调套麟究，对本系缪灌出能糟确地控奉护治曙鳃炉的滋度辆气氛浓 度，阿对其有简单易趱降点的嚣隶，从丽设洲嬲植菇薄以下具体的功能： 1 工艺傣4 舞；功能：能够依据霭要露定王葱，及从激徽憾自缸工艺数擐中调入所需的工艺。 2 数据采集黜韵自能：能实时戥i 珞互艺参囊域据，包括溢& 度僖，分解率菹，氮势氲 实对蕊出各种髓线圈形：自动按工芑设定要求设赣控带渣。 3 打印功能：可打印数据结果，包括工艺曲线，各种工艺参数，搜7 抟受簿鞠】i 艺处理缡采 数攮。 4 掇警功融具有对各种战障测断稷捧l 警功能，并戆攥示照报警原嚣，同燃必要 采玛嚆醣翻篱藏的掇罄情况及时| 俸崮反应。 5 数据鳝汐功氐能x 所设定钽工艺及处理蠢的数攥结采进行处理，血稻趸改，删除等操 作。 6 系统设置功能：以对系统设嚣潮亍更改。如系统密羁设置，仪表参数设鬣，采撵潞期 设怒等。 7 具有友好妁爝户赛l 酞 第：蔫鞔绛洋孵罄 活 一p c 枫监控软件的开发工其京缀多种：c 语言，v i i ，v c 件等。v b 是种露内 对 象的爵测描闲工硝2 6l ，匙由静手发w i n d o w s 环努确釜翮鹜翔精l 力缸翼，它具 有有友好的汗发界面，功能丰富，篱单易用等特点。嚣】毙采用v b 编写煎拉撩序可达到事 半功倍的效暴。根攒系统露求分析，软件设计有以下凡部分功能横块； 1 启动模块 2 。圭谪毖陵决 3 工艺设定模决 4 。监控摸块 5 拇印蹙璁横块 6 数据维护楱嶷 系统设嚣蘸凌 = 软件功能模块介绍 c h e n g d u 。c h i n a 2 0 0 0 - 6 - 2 5 西南交通大学研究生学位论文第1 9 页 1 启撇 。 此模块包括用户身份校验窗体，启动界面窗体。主要进行软件初始f 二工作：加载各功 自懒窗体 打开数据摩对软件中的数据控件和数据环嚆幽相懿珩初始化对霓基赋初值 启动程序后，进入用户身份校验窗口，提示输 密码。界面如图： 图4 1 用户身份校验窗体 密码输 三次不正确，则程序提示用户无授权后自动退出。密码输入正确后，按确认键即 进 启动界面窗体。如图所示： 图4 2 启动界面窗体 此窗体提示用户程序正在进行调入各功能模块过程。 2 主调度模兜界面如图所示： c h e n g d u c h i n a 2 0 0 0 6 - 2 5 西南交通大学研究生学位论文 第2 0 页 在此模块窗体中即可对其他各功能漠眄酝亍调度。窗体包括菜单条，一工具条，个画 面和状态栏。通过按菜单条和工具条中的各选项或按钮即可调入对应的功能模块窗体。 3 工艺制定模块 界面如图：此模块窗体中包括工艺类型选择区域，工艺参数设定区域，技术要求设定区域 和工艺曲线预览区域。 图4 5 工艺类型选择界面图 1 ) 。工艺类型选择。 根据实际生产过程的调研，渗氮工艺的最常用的工艺类型主要是三种：分别为段， 两段，三段渗氮处理。工艺曲线类型图如上。故工艺类型区域中显示出三种工艺类型图例， 用户根据当时准备进行的工艺选择所对应的类型。每种类型对应不同的数据区域。程序 根据选中的工艺类型图例动态显示出对应的数据区域。 2 ) 工艺参数设定。 三种不同的工艺分别j 耐应三种不同的区域图。由于在实际工艺设定过程中，可以有多 段不同的分解攀要求设定。则此模块必须能判断工艺是仅段分解率设定还是多段不同分 c h e n g d u c h i n a 2 0 0 0 6 2 5 西南交通大学研究生学位论文 第2 1 页 解率设定，并根据相应的判断结果进行参数设定。在段工艺类型中，可对保温阶段是同 分解率设定或不同分解率设定进行不同的参数设定。在两段，三段工艺类型中，可对各 不同保温阶段刘! 彳j ! 壁阶工艺同哟嘲肄啵定或不同分韶g 黻定。在模块窗体中通矧盔9 罐 “口”进行选择判断。如果整个工艺只希望设定段分解率控制值，则不选中复选框“口”， 反之选中它，此时复选框“口”中打钩。表示可以设定不同分解率值。工艺参数的设定 最后一项为“出炉温度“的设定。此项必须填入，控制程序将根据此值自动结束工艺的 控制过程。此模块具有制定新工艺，选择原有的现成工艺，删除已制定工艺，更改已制定 工艺等功能。 本模块在初始化时在个参数数据区域显示一项已制定的现有工艺参数数据，如用户 并不希望使用此工艺参数数据，则可j 蘑过点击窗体上的工具条的翻页按钮对现存工艺参数 数据进行查瀚是择，直至找到所希望的工艺参数数据为止。如果不能找到所需的工艺，则 可在工具条上点击“制定新工艺“按钮进行指定新工艺。工艺制定完毕，如希望保存到 数据库中以备以后调用，可在工具条e 按”确定“按扭。 在实际生产使用过程中，随着时间的增加，工艺参数数据库可能会不断加大，同时 在数据库中某些工艺参数有可能仅使用几次后即长期不使用，因此须对不断庞大的数据库 进行删除整理工作。通过工具条上的”删除“按扭完成此功能。如果用户需要对所选择 的工艺参数数据的某些项数值进行局部更改，也可通过按工具条上的按钮完成。 工具条的图形如下。各按钮功能从左到右分别为：选择第一条工艺，选择上一条工 艺，选择下条工艺，选择最后一条工艺，制定新工艺，删除所选择工艺，更改所选择工 艺，保存工艺数据，取消所做更改，查找工艺数据。 图4 6 工具条图 3 ) 技术要求制定 技术要求的数据是和工艺参数数据相对应的，他们的变化是同步的，也就是说，通过 工具条选择不同的工艺参数，技术要求的数据也随着同步变化。如工艺参数制定时选择了 多段不同分解率设定，则技术要求中就相应选择了多段不同气体流量设定项。其中对工艺 制订日期的设定由程序模块自动设置其值，当光标移入“工艺制订日期”项，系统根据 当前日期自动产生该项参数。 4 ) 工艺曲线预览 工艺参数设定后，单击“t 艺曲线预览”按钮，在工艺曲线预览区域将显示根据当 前工艺参数绘制的“温度一时间”曲线。用户可通过预览工艺曲线图来确定工艺参数制 定是否正确。 c h e n g d u c h i n a 2 0 0 0 - 6 2 5 西南交通大学研究生学位论文 第2 2 页 三种不同的工艺制定完毕后目生成预览图的界面效果图如下。 图4 8 工艺类型二制定完毕后效果示意图 c h e n g d u c h i n a 2 0 0 0 6 - 2 5 西南交通大学研究生学位论文第2 3 页 c h e n g d u c h i n a 2 0 0 0 6 - 2 5 西南交通大学研究生学位论文第2 4 页 4 监控幞块 此模块包括异常检测及报警功能子模毙数据采集及实时显示功能子模块界面图如 4 1 0 所示。此模块窗体具有下列功能：显示设定工艺曲线图，实时显示实际工艺曲线图和 氮势曲线图，实时采集及显示温度，氮势分解率，气体流量等参数数据，用动画及文字说 明显示工艺进行过程中的通气状态和工艺状态，检测工艺进行过程中是否有异常并能用动 画图形列异常j 担瞅警及用文字| 说明报警原因。 1 ) 窗体各功能区域介绍 实际工艺曲线显示栏采用两条不同颜色的线条画出前后两段加热区的温度值曲线 图。工艺状态栏显示工艺当时是处于升温，保温还是降温状态，采用三幅不同的动画表示 工艺当时是处于低温，中温还是高温状态。通气状态栏用两幅动画及文字显示说明工艺进 行过程中炉内是否通 了氨气。工艺进行时间栏显示工艺开始后工艺进行的时间。按钮栏 具有六个功能按钮：“报警设定”按钮用于设定报警值，按下后显示报警设定窗体。界面 如图： 图4 1 1 报警值设定窗体 在报警值设定窗体中用户可设定前后段温度的上下限报警值及波动报警值，分解率 的上下限报警值。窗体中显示的是初始设定值，如不设定报警值或在此窗体中直接按确认 键，贝耀序以默认：硎罐值为报警设定值。报警篷泼定完毕后，程序在运行过程中，如温度 超过上限报警值，则在控审懵铁窗体中的报警显示区域用红色报警灯显示报警及用文字提 示报警原因。同时程序立即向智能仪表发脱柳命令，使电阻丝断电，防止过高的温度损坏 炉内工件。因此，上限报警值的设定须根据实际情况设定，般不要设置的太高或太1 氐。 设置的太高，则在工艺进行的过程中万一出现温度失控现象( 可能由于i 司态继电器损坏， 智能仪表无输出信号等原因造成) 时，无法及时提供保护措施，导致炉内处理工件被损坏。 而设置的太低，则容易造成误报警，使工艺处理非正常中断。波动报警值的设置可根据当 时处理的工艺需要达到的控制精度来设定。此项报警的检测控制在保温开始后进行，如果 程序检测至临螬稻皴动超过此范围值，则产生报警。一般是由于p i d 参数值的设定不准 确造成。波动报警和分解率超限报警均不影响控带耀序的运行，即控制程序只是在控制模 c h e n g d u c h i n a 2 0 0 0 6 2 5 翌童窒望茎兰堕壅兰兰堡堡茎兰翌墅生一 块窗体中显示报警提示，工艺处理不中断。 “启动工艺”按钮按下，即开始进行工艺控制过程。“氮势曲线“按钮按f ，则在设 定工艺曲线显示图区域显示氮势曲线图，此时本按钮文字变成”工艺曲线“，表示在按 下本按钮显示设定工艺曲线图。按钮文字又返回显示为”氮势曲线“。如此交换，可在 工艺进行的过程中随时查看两种曲线图。“隐藏窗口“按钮按下，则控带9 瞧块窗体被隐藏， 回到主窗体。在主窗体中的工具条上按”监视“按钮即又可显示出控制模块窗体。”隐藏 窗体一r 按钮是为用户提供在工艺进行的过程中又可进行其他操作的功能a “结束工艺“按 钮按下即可结束本次工艺处理。“退出”按钮的功自皂是为了在j 莲n 辩燃酬本后还未按 下“启动工艺”按钮前能回到工艺设定模块窗体从新设定工艺。 5 系统设置模块：界面如图4 1 2 所示 图4 1 2 仪表设置模块窗体 在此模块窗体中可进行自整定操作，手动稠讯方式转换，i 挂a p i d 选择窗体选择p d 参数。分别由工具条上的对应按钮控制。在工艺处理进行前，必须对智能仪表的p i d 控 制参数进行设置，希望在什么温度下j 赴行工艺处理，就应对智自印潆獭置该温度对应| 拘咖 参数直，p d 参数设置不正确会影口瞄撼：参i 致的控带嘴度，可能导致舻礓披动。按下 工具条上的“p d 选择”按钮，可显示出p d 参数选择窗体。如图 图4 1 3 p i d 参数选择窗体 c h e n g d u c h i n a 2 0 0 0 6 2 5 西南交通大学研究生学位论文 第2 6 页 在窗体中按“上一页”，“下页”按钮可在麟入数据库的p i d 参数数据，如找 到所需要的该温度下的p i d 参数，则可按“选入”按钮选择该p i d 参数，同时，在“选 入p i d 温度”栏中的列表框中列出选中的p i d 参数对应的温度值。由于所设定的工艺中 最多只可能出现三段不同保温温度，故此在此“p i d 选择”模块中最多也只能选择三个p i d 参数。如果选入p i d 参数超过三个，程序将提示不允许在选择。在选择过程中，如果有 误选，可先点击列表框中误选的p i e ) 温度值，再按“清除”按钮将它清除后从新选择。 如果在长期的实际生产中，有些p l d 参数已经不再使用，或者因渗氮炉更换，数据 库中原有的p i d 参数晰正确，这时须对数据库中的p i d 参数进行删除整理，按钮“删 除”即可完成删除所选择的无用p i d 参数。 用户如果在p i d 参数选择窗体中未能找到所需要的p i d 参数，则需要对渗氮炉进行 自整定，以获得所希望的p i d 参数值。可在仪表设置功能幞块窗体中的“输入自整定温 度值“文字后的文本框中输入所要整定的温度值，再按下工具条上的“启动整定”按钮， 即开始进行自整定。而此时该按钮文字变为“关闭整定”。在自整定结束后，按下此按钮 即可完成自整定工作，同时把所获得的p i d 参数存入数据库中。 仪表设置功能摸块窗体中的工具条上的“手动方式“按钮用刊新亍手动，通讯方式转 换。按下“手动方式“按钮后按钮文字变为“通讯方式”，同时主机发命令使智能仪表由 通讯状态转为本机状态，此时可人工调整智能仪表上的各种控制值。再按下“通讯方式” 按钮后按钮文字变为“手动方式“，同时主机发命令使智能仪表由本机状态转为通讯状 态。如此相互转换。 6 j 打印处理模块 打印处理模块包括工艺卡打印，报表打印两个子功能模块。 用户在工艺处理完毕后进入打印处理窗体时可以有两种打印选择：打印刚刚处理完 毕的本次工艺结果的工艺参数数据，工艺曲线图和工蝴结果；打印以前处理的工艺结 果。在打印窗体中通过选择“当前工艺结果”和“原有工艺结果”两选项即可满足用户 的两种打印要求。打印窗体中的按钮区中的工艺卡预览和报表预览两个按钮分别用于启动 工艺卡打印，报表打印两个子功能模块。工艺卡予功能幞央是对工艺参数数据和工艺曲线 图进行预览和打印。报表子功能模央是对工艺结果数据进行预览和打印。在两个子功能模 块窗体中均设有比咧放大和缩小选择框( 1 0 & 一2 5 ) 和打印按钮。 在选择打印原有的工艺结果时，程序让用户首先在工艺批次记录表中选择所希望打 印的工艺结果，此时窗体中所选中的工艺结果条项呈现黑底，同时在窗体中相应的文本框 中显示出所选择的工艺结果的工艺批次和工艺号，在按“确定”按钮，将在工艺参数记 录表中显示出对应的工艺参数数据，用户可进步查看工艺参数数据以确认是希望打印的 c h e n g d u c h i n a 2 0 0 0 - 6 2 5 西南交通大学研究生学位论文 第2 7 页 工艺。 选择打印当前工艺结果和打印原有工艺结果的界面图如下： 图4 1 5 选择打印原有工艺结果的界面图 c h e n g d u c l l i m 2 0 0 0 - 6 2 5 西南交通大学研究生学位论文 第2 8 页 工艺卡打印和报表打印界面如下图所示 图4 1 7 报表打印界面 c h e n g d u c h i n a 2 0 0 0 - 6 - 2 5 西南交通大学研究生学位论文 第2 9 页 图4 1 8 数据处理椟映j i g * 在实际生产过程中，随着时间的增加，在数据库中所保存的工艺结果数据必然会不断 增多，而且较早期处理的工艺结果往往已经没有保存价值，为了减少计算机存储数据量及方 便用户操作对数据库进行精简维护是必要的在数据处理模块中，用户可以对不需要的工 艺数据结果进行处理，通过对工具条操作，用户可以调出所有保存的工艺数据记录窗体的 上方的工艺批次表显示与窗体下方的工艺数据表相对应的工艺数据，用户通过对这些数据 的查阅找出希望处理的数据记录 第兰节关予恢嘲翩舾睫中的剧醐俨趟决鼬阔慝 ( 一) 设计思路： 1 系统总体思路 c h e n g d u c h i n a 2 0 0 0 6 2 5 西南交通大学研究生学位论文第3 0 页 对结束工艺处理在程序中设置了两种可能的情况：是当炉温降到了出炉温度以下是 有控制程序自动结束工艺处理过程二是人为地按下控制程序e 的按钮结束工艺处理过程 2 数据采集和工艺流程控制 对于数据的采集和工艺流程的控制，在程序中使用了三个m s 0 怂4 控件 m s c o m m l , m s c o m m 2 , m s c o m m 3 ，分别负责前段温度，后段温度分解率的采集和控枞 1 ) 工艺流程控制总流程框图如下： c h e n g d u c h i n a 2 0 0 0 - 6 - 2 5 西南交通大学研究生学位论文 第3 l 页 2 1 采样 c h e n g d u c h i n a 2 0 0 0 - 6 - 2 5 堡堕奎望查兰婴壅竺堂垡丝兰苎丝墨一 c h e n g d u c h i n a 2 0 0 0 6 2 5 堡堕銮望查兰翌塞生堂堡垒奎箜翌里一 下 k 帅啦8 姗区的数据 j r 读 f 适 o j r - 聊 j r i 退出过程 向后段温度窿制傥裁魁空f 旨恻亍刮 上伍出兰) 。j r 越竺型竺婴- 一yi 卤 n 向后段温度控制仪表发设置p i d 参数命令 多y 孛 n i 向后段温度控制仪表发自整定命令 c h c n g d u c h i n a 2 0 0 0 6 2 5 堕壹奎望奎兰堑塞生堂垡丝壅坚塑生一 c h e n g d u c h i n a 2 0 0 0 6 - 2 5 西南交通大学研究生学位论文 第3 5 页 c h e n g d u c h i n a 2 0 0 0 6 2 5 c h e n g d u c h i n a 2 0 0 0 6 - 2 5 堕堕奎望盔兰竺壅皇兰垡笙苎兰翌里一 c h e n g d u c h i n a 2 0 0 0 6 - 2 5 西南交通大学研究生学位论文 第3 8 页 6 ) 用来计算保温时间的定时器的触发事件功能包括：判断各种工艺当前保温阶段是否结束； 分解率是否正糍如有多段p i d 参数判断是否设置下段的p i d 参数巍 ( 二) 软件编制过程中的关键问题 1 m s c o m m 控件 用v b 开发串彳亍j 蘑信程序有两种方法：是利用w i n d o w s 的通信a p i 函数( 编写 查通信程序比较复杂) ；二是采用v b 的标准控件m s c o m m 来实现。而标准控件提供了 完善的串行数据的发送和接收功能，不但包括了全部w n d o w sa p i 中关于串行通信的 函数所完成的功能，而且开拓了更多的使用户设计方便的3 2 个对象属性来满足不同用户 的需要瞄”。下面详细介绍m s c o m m 通信控件及其编程方法。 m s c o m m 控件通过串行端口传输和接收数据，为应用程序提供串行通讯功能。它提 供下列两种处理通讯的方式4 i ： ( 1 ) 事件驱动通讯是处理串行端口交互作用的种非常有效的方法。在许多情况下， 在事件发生时需要得到通知，例如，在c a t i e rd a e a 或r e q u 随t os e n d ( r t s ) 线 e 个字符到达或- 个变化发生时。在这些情况下，可以利用m s c o m m 控件的o n c o m m 事件捕获并处理这些通讯事件。o n c o m m 事件还可以检查和处理通讯错误。所有通讯事 件和通讯错误的列表，参阅c o m m e v e n t 属性。 ( 2 ) 查询通讯方式：在程序的每个关键功能之后，可以通过检查c o r n m e v e n t 属性的 值来查询事件和错误。如果应用程序较小，并且是自保持的，这种方法可能是更可取的。 c h e n g d u c h i n a 2 0 0 0 - 6 2 5 西南交通大学研究生学位论文 第3 9 页 例如，如果写个简单的电话拨号程序，则没有! 崾对每接收个字符都产生事件，因为 唯一等待接收的字符是调制解调器的“确定”响应。 每个使用的m s c o m m 控件对应着一个串行端口。如果应用程序需要访问多个串行 端口，必须使用多个m s c o m m 控件。可以在w m d o w s “控制面板”中改变端口地址和 中断地址。尽管m s c o m m 控件有很多重要的属性，但首先必须熟悉n 个属性。其属性 描迸圳如下： ( 1 ) c o m m p o r t 设置并返回通讯端口号。在设计时，通 j 1