愛協(xié)林熱處理連續(xù)爐控制

格特拉克（江西）傳動系統(tǒng)有限公司 （南昌 330013） 王陸軍

熱處理工藝控制已經(jīng)從傳統(tǒng)的依靠熱工儀表監(jiān)測工藝曲線、人工操作、中途檢測試塊并依據(jù)檢測結(jié)果調(diào)整工藝參數(shù)進(jìn)行控制，向著完全自動化、智能化、精密化的方面發(fā)展。設(shè)備控制精度的提高和計算機(jī)控制技術(shù)的應(yīng)用使得工藝穩(wěn)定性、重現(xiàn)性得到極大的改善，從而使產(chǎn)品質(zhì)量能夠得到更好的保證。下面以愛協(xié)林連續(xù)爐為例介紹熱處理連續(xù)爐的工藝控制方法。

一、連續(xù)爐的控制原理與方法

熱處理工藝控制的參數(shù)很多，主要是溫度、時間、碳勢氣氛的控制和氣體流量，影響冷卻速度的相關(guān)因素如電機(jī)攪拌速度、攪拌時間等，氣體壓力、爐壓及設(shè)備動作方面的控制。

愛協(xié)林連續(xù)爐的控制系統(tǒng)主要由外電路控制系統(tǒng)、PLC可編程控制器、操作臺（SIEMENSMP377）三大部分組合成一套完整的集散式的控制模式。外電路控制系統(tǒng)可分為兩路控制：一路是加熱系統(tǒng)，控制主爐各區(qū)加熱區(qū)、強(qiáng)滲區(qū)、擴(kuò)散區(qū)，預(yù)氧化爐、回火爐、淬火油加熱系統(tǒng)，以及前清洗室與后清洗室的水溫加熱及烘干系統(tǒng)的加熱；另一路是動作控制系統(tǒng)，通過電動機(jī)、泵、閥實現(xiàn)控制料盤在軌道上的運(yùn)動與停止、前進(jìn)與后退、上升與下降，以及風(fēng)扇的打開與關(guān)停，水量油量不足時補(bǔ)水補(bǔ)油。為保證安全性，每個動作都設(shè)置了運(yùn)行條件，有些動作是互鎖的，通過PLC可編程控制器來實現(xiàn)。操作臺支持在線控制時采用西門子SIEMENS-MP377實現(xiàn)了人性化的操作控制，通過聯(lián)機(jī)使PC上位機(jī)可以實現(xiàn)監(jiān)控連續(xù)爐的運(yùn)行情況。

二、連續(xù)爐控制系統(tǒng)特點

愛協(xié)林連續(xù)爐控制系統(tǒng)由上述三大部分組合成完整的控制模式，通過MP377的擴(kuò)展功能，可實現(xiàn)4個層級的控制。主控制電柜安裝由外電路控制和PLC可編程控制器組成的調(diào)整用控制系統(tǒng)，是最基礎(chǔ)、傳統(tǒng)的第一層級控制。操作臺（含按鍵開關(guān)及MP377）屬第二層級，利用MP377控制模塊的強(qiáng)大功能實現(xiàn)了對連續(xù)爐的在線直接控制。PC上位機(jī)通過MP377支持的擴(kuò)展功能，聯(lián)機(jī)實現(xiàn)了對連續(xù)爐的監(jiān)控，是第三層級。利用網(wǎng)絡(luò)PC機(jī)還可實現(xiàn)對連續(xù)爐的遠(yuǎn)程監(jiān)測與控制，是第四層級，主要用于支持軟件編程，實時觀察爐子的運(yùn)行情況與歷史記錄，考慮到安全性，遠(yuǎn)程控制一般不支持直接控制爐子的動作，不宜在線實時修改工藝參數(shù)指令。

1.主控制電柜

如上所述安裝在主控制電柜內(nèi)的PLC可編程控制器和外電路組成調(diào)整用控制系統(tǒng)，在主控制電柜（見圖1）的面板上，對應(yīng)各控溫區(qū)、碳勢控制點設(shè)有獨(dú)立的儀表。通過主控制電柜面板上的儀表可以非常方便地進(jìn)行各種工藝參數(shù)的設(shè)置：如溫度、碳勢的設(shè)定，各種工作狀態(tài)查詢、記錄曲線的監(jiān)視，以及溫度、碳勢的控制。

圖1 主控制電柜

另外，在主控制電柜的面板上還設(shè)有必要的電流表、電壓表、指示燈、按鈕和開關(guān)，通過觀察三相電流表可提示當(dāng)前的三相負(fù)載狀態(tài)，通過開關(guān)按鍵控制各區(qū)的工作狀態(tài)。通常通過定碳片檢測爐內(nèi)碳勢與爐子利用氧探頭測定的碳勢，顯示值存在差異且復(fù)測結(jié)果仍存在差異時，需要通過修正主控制電柜上的碳控儀（見圖2）設(shè)定值來校對。同樣使用標(biāo)準(zhǔn)測溫儀校對爐內(nèi)溫度測量值與爐子利用熱電偶測定的溫度，顯示值有偏差時也要通過修改溫控表（見圖3）的設(shè)置進(jìn)行校正。

圖2 碳控儀

圖3 溫控表

2.操作臺

操作臺（見圖4）為臺式鋼結(jié)構(gòu)件，一般安裝在整條生產(chǎn)線的上料位置附近，以方便操作。在操作臺面板上設(shè)置了SIEMENS-MP377人機(jī)操作面板（見圖5），能夠顯示當(dāng)前設(shè)備動作過程，運(yùn)行狀態(tài)、位置，過程周期時間，以及每個區(qū)域當(dāng)前的工步等，料盤屬性信息可顯示此料盤的全部過程信息。SIEMENS-MP377操作面板通過接口與PLC及儀表進(jìn)行通信，非常人性化的界面通過工藝控制實現(xiàn)各工藝參數(shù)的設(shè)定（如推盤周期時間、各區(qū)溫度、碳勢、工件前后清洗浸泡時間、水溫設(shè)定、工件淋水時間、工件淋油時間等），通過淬火工藝可設(shè)定工件淬火時間、淬火油溫度、電動機(jī)攪拌速度及時間等淬火工藝參數(shù)。通過設(shè)備控制實現(xiàn)對風(fēng)扇、泵、閥及加熱手動或自動開關(guān)的控制。通過步驟鏈控制實現(xiàn)調(diào)整模式、手動模式、自動模式、啟動條件、自動開關(guān)等的控制?；疚恢梅肿詣涌倖?、SS1區(qū)（后清洗及回火爐）、SS2區(qū)（淬火油槽）、SS3區(qū)（主爐整個加熱強(qiáng)滲擴(kuò)散區(qū)）、SS4區(qū)（上料臺及預(yù)氧化爐），設(shè)置了共320項啟動條件及基本位置，所有條件都滿足后才可以啟動自動運(yùn)行，通過鼠標(biāo)或直接觸摸顯示屏逐頁（共9頁）檢查各項條件是否全部OK（顯示綠色，重點關(guān)注紅色項，及時處理）。

重要工藝參數(shù)溫度和碳勢各自獨(dú)立設(shè)置了溫度控制與碳勢控制，詳細(xì)顯示各控制點的設(shè)定值和實際值與上下偏差值。為了保障安全，針對甲醇丙酮化學(xué)危險品，只有每項供氣條件都顯示OK（得到滿足）才可以開始供送氣體，降溫、停爐、保溫時要及時停止氣體供應(yīng)，需要人工操作打開或關(guān)閉閥門，這點必須特別注意。系統(tǒng)在突然停電或溫度降至760℃以下時會自動打開安全氮?dú)忾_關(guān)置換爐內(nèi)氣氛，以保證安全。工藝控制通過程序模式設(shè)定可以編輯、修改、更改及保存，裝載程序?qū)崿F(xiàn)直接在現(xiàn)場控制，這種即使PC機(jī)故障時，設(shè)備仍然可以繼續(xù)工作的控制模式，確保了設(shè)備的高可控性。

圖4 操作臺

圖5 SIEMENS-MP377操作界面

3.上位PC機(jī)

上位PC機(jī)（見圖6）通過工藝編程輸入工藝參數(shù)聯(lián)機(jī)導(dǎo)入操作臺，實現(xiàn)對工藝的控制。利用PC機(jī)大容量儲存器的功能，上位PC機(jī)更大的作用是對歷史數(shù)據(jù)的保留與查詢，由于上位PC機(jī)一般安裝在帶空調(diào)的主控室內(nèi)，也方便管理人員和操作人員實時監(jiān)控爐內(nèi)生產(chǎn)狀況。編程軟件主要內(nèi)容包括系統(tǒng)總覽、工藝參數(shù)、故障報警、數(shù)據(jù)記錄、過程參數(shù)、料盤跟蹤、離線仿真、口令管理、系統(tǒng)幫助和退出。通過總覽界面可以觀察連續(xù)爐的整個狀態(tài)，出現(xiàn)故障報警及時到相應(yīng)的區(qū)域現(xiàn)場處理，或在線處理后還需要到現(xiàn)場再確認(rèn)。點擊對應(yīng)料盤可以了解此料盤的全部生產(chǎn)過程信息，查詢生產(chǎn)記錄，工件數(shù)據(jù)可以查詢?nèi)繗v史數(shù)據(jù)。

圖6 上位PC機(jī)控制界面

4.網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制

用戶PC機(jī)可通過網(wǎng)絡(luò)與上位控制PC機(jī)相連，管理人員可以在辦公室內(nèi)隨時查詢和修改生產(chǎn)過程中的各種工藝、生產(chǎn)數(shù)據(jù)，以便更好地指導(dǎo)和管理生產(chǎn)。為了安全起見，大多僅使用查詢功能或不支持采用，要求直接到現(xiàn)場解決問題。熱處理連續(xù)爐制造商也可以通過網(wǎng)絡(luò)在線觀測爐子的使用情況，還可以對軟件程序進(jìn)行升級完善。

三、結(jié)語

熱處理連續(xù)爐控制系統(tǒng)集成了機(jī)械原理、電氣原理、軟件控制技術(shù)，融合了電工學(xué)、物理學(xué)、熱學(xué)、熱力學(xué)、化學(xué)和熱處理相關(guān)知識，多學(xué)科交叉復(fù)合，綜合性很強(qiáng)。采用PLC可編程控制器、SIEMENS-MP377控制系統(tǒng)、PC計算機(jī)控制，控制精度高，可靠性高。