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热处理是机械加工中的关键步骤，热处理工艺的质量与热处理设备控制的准确性有很大关系。热处理最本质的作用就是依靠热处理设备，按照特定的条件和工序改变材料的原有性质，使材料表现出更能适应使用环境的特性。其中，所需要的处理条件和工序都有着严格的要求。这就需要规范的控制策略和措施来保证。
早在 20 世纪 70~80 年代，美国和前苏联就采用微型计算机和微处理器(PLC)进行热处理设备控制。美国福特汽车公司在进行实施低合金钢装箱渗氮工艺时 就利用 PLC 控制器来控制整个工艺流程。前苏联所制造的高频淬火机床就是通过 PLC 来实现整体工作控制的。
自 20 世纪 80 年代末期，我国企业才开始引进基于 PLC 控制的自动化热处理设备，通过当时企业的技术消化，才逐渐改变了我国热处理设备的控制技术，提高了我国大型制造企业热处理工艺的自动化程度。从很大意义上讲，我国当时热处理自动化水平与当时引进国外先进的PLC控制技术有很大关系。
1、PLC 控制在热处理设备中的应用
建国初期 我国的热处理设备制造水平落后，极少有能生产自动化热处理设备的企业。随着改革开放及我国经济的发展，PLC 控制逐渐引入到我国制造的热处理设备中。我国企业主要是借助 PLC 控制进行热处理工艺过程中的炉温、气氛和整体系统控制的浓度进行控制。
1.1 炉温控制
在我国热处理设备正式引入 PLC 控制之前，大多数设计控制系统为微处理器控制。1984 年，上海邮电五二零厂通过引进国外先进技术，结合该厂大型功率热处理炉的温控过程，使用 TP801 单板微处理机，实现了热处理工艺的整体控制。1988 年，胡滨和胡德昌通过在理论上的分析，建立精确的数学模型，采用 DDC 数字控制和 PID 多回路直接控制炉温工艺参数，并且 CRT 打孔输入编程信息，实现控制。这些控制缺乏精确性，信息处理量小，在一定意义上局限了热处理设备的应用。
随后 PLC 控制技术逐步进入我国工业控制领域。1993 年，南通县钢丝绳厂率先利用 PLC 技术改造了马弗炉控制系统。该技术主要通过 PLC 控制自动加煤，取代了传统的人工加煤。通过使用仪表、热电偶监控炉内主燃烧区温度和炉尾炉气温度，实现了炉温的自动控制。该技术能够保证主燃烧区火焰温度在 1250 ℃以下，炉温波动曲线平稳，煤炭燃烧充分，节煤效果明显。该技术是我国热处理设备应用PLC 技术进行控制的最早报道，也是当时较为先进的控制技术。
1998 年，解放军军需工业学院介绍了 IP3416PLC 基本原理，并将该 PLC 应用于实验热处理设备的温度控制。该 PLC 实现了温度范围控制和节能控制。由于采用 PID 回路控制，控制时间更短，误差范围符合使用要求。同年，天津热处理研究所成功研制了 PLC 和微机共同控制的热处理系统。由于采用了固态调节，并能通过手动 / 自动实现控温电压的输入控制，保证了炉温控制的稳定性和适应性。
2000 年，在天然气燃气炉控制中，东方汽轮机厂已经引入组态软件对系统进行控制。该研究采用上位机工控组态软件和下位机 PLC 调节软件进行调温的控制，并且通过显示器可以实时显示温度趋势、平均值、各区和测点温度值等。通过软件控制的PLC 温控系统可靠性高，能够自动报警、控制精确。该类技术已标志 PLC 控制在热处理炉温控制中趋向成熟。
2002 年，北京科技大学研究了钢丝热处理炉的自动系统。该系统通过对 PLC 的控制，可以根据被加工钢丝的直径、批量和要求进行实时控制炉温，获得最大的热处理效益和产量，实现了热处理炉的适应性和自动调节的控制。然而，该系统缺乏 PID 控制的自动调节回路，使系统调试复杂。
2006 年，中南大学成功更新箱式热处理炉的控制系统。该系统主要利用 PLC 进行炉温整体控制。采用 PID 调节器进行炉温的自动控制，能够保证控制的准确、迅速和稳定。在箱式热处理控制方面，该控制技术能够有效地发挥箱式热处理炉的特点，达到良好的热处理效果。
2008 年，辽宁科技大学为鞍钢集团进行设计了燃气热处理炉的温度控制系统。该系统采用了西门子和欧姆表 PLC 相结合的复合控制系统，并且对于炉内各个温控区采用了 PID 和模糊控制。通过实际验证，该系统能够自动实现温度控制、反应速度快、相应精度高和稳定性强。该系统标志着 PLC 技术在我国热处理设备中的普遍应用，为我国的热处理自动控制发挥作用。
2010 年，南昌大学为解决南京石油化工企业台车式电阻炉的温控控制问题，将神经网络控制原理整合到 PLC 控制中，整合后的温控系统能够有效地解决控制非线性和不确定动态等问题。该温控系统实现了台车式电阻炉的温度自动控制，在实际应用中取得良好的表现。该系统为 PLC 控制在热处理温控中的成功应用案例，为下一步 PLC 控制应用指明方向。
1.2气氛控制
热处理采用可控气体可以保证渗碳工艺的层厚和碳势。在早期热处理工艺中，使用的热处理气氛测定方法主要有热丝法、气相色谱法、红外线气法和氧化探头法等。应用PLC就可相应的控制设备进行操作。
1995 年，长特公司第四钢厂研究了冷拔光亮罩式退火炉的控制分析，采用了 TSX-47 系列可编程控制器，并根据实际需要设置了两种气体控制模式。自动控制时通过温度不同状态来控制氮气的流量。手动控制时直接可以控制氮气流量，达到热处理过程对气体需求量控制。
2004 年，上海电器股份公司人民电器厂设计了全新的真空渗氮设备。在设备工作过程中，采用日本三菱 PLC 控制器，设计了彩色的人机交互界面，便于观测控制进行的多次充气、抽气操作。该设备操作简单、维护方便、运行稳定，是当时我国具有代表性的渗氮处理设备。
2007 年，天津创一炉业有限公司研发了高温可控气氛多用炉。其中可控气氛就是通过使用 PLC 控制气体的流量，该设备突破了工作温度 1000℃， 技术达到了国际领先水平。
1.3整体系统控制
PLC 控制最根本的特点就是按照编程顺序执行，实现系统的整体动作控制。在整体控制中主要包括系统动作顺序控制，生产线中各处理设备控制和整体集成控制等。在热处理加工设备的研制方面，1995年，长春光机学院研制了激光热处理机床，该设备能够对于镜片进行激光热处理器，控制部分主要借助 PLC 控制实现。通过 PLC 同时控制执行的过程包括工作监控、执行机构控制、输入量控制、光路控制和坐标位置控制等，按照相应的编程能够进行顺序控制。该设备在热处理过程中对于动作的精确性和稳定性有较高要求。PLC的控制实现了该设备的整体控制，解决了传统热处理工艺缺陷，为我国当时热处理设备的典型代表。
1999 年，盐城丰东热处理有限公司研发了新一代热处理控制系统。用日本 OMRON 公司的 C200H系列 PLC 控制取代了继电器控制，该热处理设备通过控制推拉车进行物料转移，并控制各个工艺环节的具体操作，实现了整个热处理过程的自动化。该设备的更新与继电器控制对比，控制简单、可靠性增强、设备精度获得提升，为我国的热处理设备改造提供参考。
2002 年，河海大学对某军工厂的热处理生产线进行改造设计，通过介绍使用要求和系统分析，详细设计了关于整个热处理生产线控制方案。采用三菱FX2N128 系列的 PLC 对油压站、淬火炉、淬火槽和回火炉整体控制。整个自动化生产线生产效率明显提高，安全性得到保证。该生产线的控制设计为我国进行整体热处理生产线控制提供参考，在当时具有相当高的参考价值。
2004 年，胜利油田石油管理局对石油钻杆热处理过程进行了研究。该热处理系统采用西门子S7-200PLC 进行钻杆热处理工艺的控制，并与组态工控软件组成热处理闭环系统，由组态工控软件共同控制淬火 PLC 退火 PLC 和回火。 PLC 比较具体地说明了热处理控制的基本过程，该研究为我国进行特定工件的热处理 PLC 控制提供参考，使研究者根据相关研究成果继续开展研究。
2006 年，西安石油大学和西安奥邦科技公司共同研发了钛管材感应退火炉 PLC 控制系统。该技术主要是针对稀有金属钛热处理工艺设计的，采用了西门子 S7-200 系列 PLC，实现了中频感应加热全过程控制。该控制系统综合考虑了热处理工程中的故障诊断、工作状态、模式选择和各个子模块的起停，为我国稀有金属热处理设备的典型控制系统。
2009 年，武汉三菱工控技术中心详细介绍了三菱 M60 数控系统指令在热处理机床上的应用。M64数控系统是三菱公司针对需进行夹持工件旋转热处理机床开发的控制系统。该系统具有丰富的 PLC 接口，并由该系统的指令相应控制，在热处理机床中应用专门控制系统控制已成为发展趋势。M60数控系统就是PLC 在热处理设备应用发展过程中的典型模式。
2011年，沈阳理工大学和东北特钢集团设计了罩 式 炉 的 新 型 控 制 方 案。该 设 计 以 西 门 子S7-300PLC 为控制核心，采用了全集成自动化(TIA)控制管理，实现了设备管理控制的信息化。所设计的控制系统不仅实现了罩式炉的工艺控制，而且实现PLC 控制信息共享，为我国采用 TIA 控制技术的典型设计。该设备以其强大的控制能力和信息集成共享获得了实际认可。
2、PLC控制在我国热处理设备的发展
随着 PLC控制技术在热处理设备中应用的加深，我国的热处理设备控制水平大幅提高，PLC 控制技术所处理的数字信息、人机接口和网络信息共享方面也不断的完善，也逐渐成为了热处理设备关键技术。
在今后的应用中 PLC 控制技术会不断在热处理设备中深化，获得进一步的发展，PLC 在热处理设备的发展趋势主要有。
2.1.PLC与CC-LINK结合
在热处理设备中，整个生产系统或生产车间的控制集成备受专业工作者关注。利用 PLC 与CC-LINK 相结合，能够实现企业的管控一体化。基于 PLC 技术的现场总线技术能够有效地促进我国热处理行业的高效、柔性化和自动化的发展。不断增强我国运用热处理企业的管控能力。
2.2.PLC控制策略的新发展
PID 控制广泛应用于传统的热处理设备。虽然该策略能够保证热处理设备完成预定动作，但在系统控制复杂的情况下很难保证控制精度。在热处理设备控制系统中，将神经网络、模糊控制、人工智能控制和PI补偿控制融合到PLC控制，可以达到系统响应快、精度高、稳定性强等特点，使 PLC 控制发挥更好的控制作用。在未来的热处理设备 PLC 控制中，应开发更多针对性的控制策略，来进一步解决实际控制过程中存在的缺陷。
2.3.PLC 动态适应性控制研究
当今热处理设备趋于专业化 、复杂化和智能化发展，研究能够适应具体热处理设备的 PLC 成为热点。由于发展算法和新功能的需求，在新一代研发的 PLC 中应注重PLC 硬件的动态适应性，来满足复杂算法。对于硬件接口、处理器等要求。
总结
随着控制工程理论的应用和发展，热处理设备的控制技术将会趋于更加完善。在未来热处理设备控制的发展中 PLC 将会随着控制技术的发展而发生新的变化。 PLC 技术与热处理设备控制技术会相会相应 促使 PLC 朝着更加稳定化、专业化和标准化发展，热处理设备向智能化 网络化和系统化发展。
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