PDF《浅论真空炉节能环保自动化控制》

《装备制造技术》

2008 年第

3 期 《装备制造技术》

2008 年第

3 期 收稿日期: 2007- 12-

01 作者简介: 王炜维 (1981―) , 男, 吉林吉林人, 助教, 在读硕士, 现在北华大学工程训练中心担任实训指导教师, 主要从事自动化应用研究及 实训教学工作;

展望 (1981―) , 女, 初级, 本科, 主要从事智能建筑设计开发等方面的工程实践研究及教学工作.

浅论真空炉节能环保自动化控制 王炜维

1 , 展望2(1.北华大学工程训练中心, 吉林 吉林市, 132021;

2.吉化职业中等专业学校, 吉林 吉林市, 132001) 摘要: 我国真空炉控制自动化程度不高, 其操作基本上停留在手工和简单模拟仪表操作的水平, 操作人员不仅劳动强度大, 还容易造成 运行事故.文中概述了真空炉自动控制系统, 并讨论了系统的整体构成方案, 制定出先进的计算机控制系统替代了传统的控制方法. 关键词: 自动控制;

真空炉;

节能;

计算机控制系统 中图分类号: TM924.6 文献标识码: A 文章编号: 1672- 545X (2008) 03- 0109-

03 在金属热处理领域, 真空炉是一种关键的大型专用设备. 真空炉属于承压的能源消耗设备, 生产和使用过程中要考虑 真空炉的使用安全、 能源消耗、 污染物排放等问题.如何提高 能源效率、 调整能源结构、 节约能源, 保障国家能源安全, 减 轻大气环境污染, 保护环境, 已经成为实行经济社会可持续 发展所必须解决的重要问题.在工业与民用锅炉的节能控制 中, 引用自动化控制技术, 对真空炉进行改造升级, 可得到显 著的节能效果.

1 真空炉传统控制的弊端 真空钎焊是在真空气氛中不用施加钎剂而连接零件的一 种先进工艺方法, 可钎焊一般难以连接的材料和结构, 从而得 到致密、 优良力学和抗腐蚀性能的钎焊接口.真空炉是用于小 型高速钢、 高合金钢工模具、 精密轴承、 油泵油嘴等精密机械零 件多种真空热处理工艺的精密设备.在不同真空度下, 真空炉 炉温控制时间和准确度很大程度上决定了热处理产品的质量, 所以其控温时间和控温精度的控制就显得非常重要. 传统的手 动控制系统严重地制约了真空钎焊的品质和工作效率, 为此引 人自动控制系统势在必行, 考虑到真空钎焊工作设备和流程的 实际需要, 以PLC 作为真空炉控制系统的核心.为了进一步提 升真空炉的适用对象和经济性,所设计的真空炉系统具有高、 中温的双室系统, 它们既能独立工作, 又能充分发挥共享设备 的效能.

2 真空炉自动控制系统简介 钎焊工艺过程的必要设备, 其工作性能的优劣直接影响到 钎焊产品的质量. 真空炉系统主要由真空系统和加热系统及有 关控制设备组成.真空系统由机械泵、 扩散泵、 主路阀、 旁路阀 和高真空挡板阀等组成.机械泵为粗真空装置, 其动力源是三 相交流电动机, 高真空油扩散泵为高真空装置, 借助前级机械 泵和油扩散泵及电炉加热的作用完成高真空度要求的抽气工 作, 均通过接触器进行控制.加热系统由加热电源和加热元件 组成, 加热电源选用磁性调压器, 利用直流激磁电源实现无触 点带负载的平滑无级调压,其直流激磁电源由功率调控器控 制, 而功率调控器利用温控仪通过热电偶检测到的炉温当前值 与设定值之差, 经PID 运算, 输出直流信号, 控制磁性调压器中 的磁饱和电压, 进而按温控仪所设置的温控曲线实现加热电流 和温度的自动调控.真空炉自动控制系统的控制目标是: 可以 实现自动 / 手动抽气功能;

仪表显示真空度, 并按照真空度的 要求进行手动或自动控制钎焊过程的有关工作步骤;

温度采用 温控仪和热电偶及触发器实现自动微机程控和手动控制、 数字 显示、 自动记录, 超温、 断水、 断偶自动报警, 高温室和中温室均 为真空冷却.

3 真空炉自动控制系统控制的组成 真空炉自动控制系统对真空钎焊工作的安全、 质量、 高效、 可靠等各方面的要求, 经充分论证和设备调试.电控自动系统 由电极升降系统、 炉体控制系统、 通讯联网系统和控制画面设 计组成, 也可是说是由控制柜、 操作显示台、 检测元件和执行元 件四大部分组成. 控制柜内部装有可编程序控制器、 接触器、 熔 断器、 继电器、 可控整流器等元件. 操作显示台面上装有各种操 作按钮、 指示灯、 温控仪、 触发器、 记录仪、 真空计、 电压表和电 流表.真空炉系统的检测元件主要有热电偶、 真空计及电离规 和水压表. 3.1 电极升降系统 电极自动升降自动控制系统主要包括模拟量、数字量输 入, 以及模拟量、 数字量输出.模拟量以三相输入为主, 数字 量输入包含变压器档位信号和电极控制操作信号等,模拟量 输出为三相电极升降液压比例阀驱动信号.在加热过程中, 可随时根据工艺所要求的指标, 自动控制电极升降, 以满足工 艺的要求. 3.2 炉体控制部分 主要完成炉体系统全部液压系统、 变压器、 油水冷却器、 高 压系统的控制, 同时监测水冷系统、 变压器、 高压系统、 液压系 统、 炉体系统全部的故障、 以及供电系统监测等. 自动控制系统 每个 I/O 口加隔离装置, 并且数字量和模拟量模块的输入输出 预留 10% 的余量.同时为上位机提供系统所有动作, 以及状态 电气技术与自动化 !!!!!!! ! !!!!!!! !

109 Equipment Manufactring Technology No.3,

2008 Equipment Manufactring Technology No.3,

2008 的输入信号. 与上位机联合完成设备运行全部动态的实时画面 监控功能. 3.3 通讯联网系统 现代控制技术离不开网络技术, 尤其是现场总线和 Inter- net 技术, 使得控制系统规模变得非常庞大而有效, 也使得信息 共享和远程诊断成为可能. 真空炉自动化控制系统由多级控制 网络组成, 现代计算机集散控制系统由基础自动化级、 过程优 化级和生产管理级构成.系统覆盖了工艺生产的各个阶段, 在 不同的层面上完成不同的任务, 以保证最大的复用性、 稳定性、 有效性和简易性. 3.4 自动控制画面设计 自动控制画面由支持多媒体软件进行设计组态, 然后从支 持工具中下载到触摸屏即可使用. 由自动控制系统对触摸屏状 态控制区和通知区进行读写达到两者之问的信息交互. 自动控 制系统读触摸屏状态通知区中的数据, 得到当前画面号, 而通 过画面状态控制区的数据, 强制切换画面.画面设计能够实现 加热器实际电流、 电压及循环水流量的实时显示, 设定真空炉 真空度与加热时间、 温度及产生报警信息等.在画面上可以选 择真空炉的运行方式: 手动方式或自动方式.手动方式用于调 整工作参数和系统维护, 而在自动方式下真空炉按照预设参数 运行, 画面上的触摸按钮能实时地对自动控制通道中的内容进 行写人和读取, 产生相应的开关信号, 或输入数值、 字符给自动 控制进行数据交换, 从而控制系统的运行, 另外还可以保存趋 势图曲线和报警历史.

4 真空炉自动控制系统控制的原理 控制原理为:由温度检测元件将温度信号提供给调节器, 调节器根据可编程控温曲线设定参数, 进行不同时段的 PID 自 整定, 并向执行器可控硅调功器发出控制信号, 通过调整电炉 丝的功率, 实现对炉温的自动控制.由于可编程调节器灵活的 曲线编程功能, 通过选择适合工艺的编程曲线设定参数, 便可 实现炉温的全程控制, 见图 1.

5 真空炉自动控制系统的发展 真空炉是我国生产、 生活中主要的耗能设备, 按照国际先 进水平衡量, 我国能源的利用率很低, 节能的潜力很大. 为了使 真空炉工作稳定、 安全、 经济, 需要提高对锅炉的监控品质, 提 高平均热效率, 节省能源和减少污染, 减轻操作人员的工作负 担, 提高真空炉的科学管理水平, 可以获得可观的经济效益. 应 用自控技术节能可做到少投入多产出, 见效快, 效果好.美国 Centor 真空工业公司最近研究开发了用于金属喷射浇铸生产 线上的新型高温真空炉.其中一台卖给欧洲特种金属生产, 另 一台卖给中国特种金属制造工厂.该新型真空炉包括: 由钼合 金丝制造的恒电阻加热元件、 采用了 Centor 专利技术的高效能 压力通风系统, 干式机械泵系统等. 该真空炉的优点是: 炉膛内 温度分布均匀, 其温差 ........