論鋼絲熱處理明火爐控制系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

趙斌

摘 要：鋼絲冷加工后，其硬度與強(qiáng)度會越來越高，塑性、韌性明顯降低，阻止鋼絲進(jìn)一步形變，所以，鋼絲冷加工后，需經(jīng)過熱處理才可以塑性，但熱處理需要建立明火爐控制系統(tǒng)。本篇文章是以鋼絲熱處理明火爐控制系統(tǒng)為切入點(diǎn)，分析其設(shè)計與實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：鋼絲熱處理；明火爐控制系統(tǒng)；設(shè)計；實(shí)現(xiàn)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.16.049

0 引言

熱處理爐是工業(yè)爐的一種，用于金屬制品的生產(chǎn)，決定產(chǎn)品的生產(chǎn)的數(shù)量與質(zhì)量，以及投入的成本，并設(shè)計出控制系統(tǒng)，但其存在的問題是：產(chǎn)量、種類變化時不易控制，有高能耗的特點(diǎn)，所以需提高設(shè)計的水平與質(zhì)量，并在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用。

1 鋼絲熱處理明火爐控制系統(tǒng)的設(shè)計

對鋼絲熱處理過程中明火的控制，會直接影響最后的生產(chǎn)效率與質(zhì)量，而控制中會受到很多因素的影響，比如煤氣流量、空燃比等，需克服這些因素的影響，提高燃燒率，讓鋼絲均勻加熱。由此，需優(yōu)化控制系統(tǒng)的設(shè)計。

1.1 總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計

該控制系統(tǒng)使用的是兩種控制系統(tǒng)，即基礎(chǔ)與過程控制，可自動調(diào)節(jié)爐內(nèi)溫度、壓力、空燃比等。整個系統(tǒng)中，基礎(chǔ)控制的設(shè)計是控制實(shí)際操作的設(shè)備的運(yùn)行與遠(yuǎn)程控制，以現(xiàn)場總線為媒介，和系統(tǒng)的PLC與CPU通訊，而PLC和HMI之間則會用以太網(wǎng)連接，傳輸數(shù)據(jù)。過程與基礎(chǔ)控制都用工業(yè)以太網(wǎng)通訊。

同時，其軟件設(shè)計是把整個系統(tǒng)分成四個部分。第一個是人機(jī)交互，動態(tài)檢測設(shè)備的操作，第二個是通信模塊，把工藝參數(shù)傳動到底層設(shè)備中，由計算機(jī)操作完成，第三個是自動燃燒控制，根據(jù)參數(shù)與用戶提出的要求，決定控制數(shù)據(jù)，以控制明火的燃燒，第四個是維護(hù)知識庫[1]。

1.2 部分結(jié)構(gòu)的設(shè)計

（1）溫度控制的設(shè)計。該控制系統(tǒng)內(nèi)有很多變量，如果采用一種控制方式，很難保證系統(tǒng)的穩(wěn)定，無法把控系統(tǒng)響應(yīng)花費(fèi)的時間與精度差，所以，為了達(dá)到生產(chǎn)工藝的要求，其會使用PID控制、改進(jìn)型雙交叉限幅控制等，設(shè)計溫度控制系統(tǒng)。

（2）爐壓控制設(shè)計。爐壓控制是，如果爐壓控制不當(dāng)，冷氣會進(jìn)入燃燒爐，這些冷空氣只有加熱后才會從爐內(nèi)排出，增加燃燒系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，且燃料過度消耗，無法控制爐內(nèi)壓力，而爐膛內(nèi)壓力的增加，也會減少明火爐的使用時間。由此，爐壓控制系統(tǒng)的設(shè)計是用線路把壓力控制器、調(diào)節(jié)發(fā)與熱處理爐連接，再用壓力檢測、變動器檢測壓力值，并把壓力指傳輸?shù)娇刂普尽?/p>

（3）控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計?？刂葡到y(tǒng)使用的硬件包括PLC柜、儀表柜等，其設(shè)計方式是：PLC柜有主站與從站之分，包含多個輸入與輸出的模板，互相配合；儀表柜是使用多個智能手操器，主站與從站會用總線連接，完成數(shù)據(jù)交換，當(dāng)控制系統(tǒng)不響應(yīng)時，可以手動控制。

2 鋼絲熱處理明火爐控制系統(tǒng)設(shè)計的實(shí)現(xiàn)

工業(yè)控制軟件在整個控制系統(tǒng)中有非常重要的作用，負(fù)責(zé)管理、決策與控制，適應(yīng)不同的環(huán)境，搜集并處理數(shù)據(jù)，并顯示在屏幕上，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。所以，軟件的品質(zhì)直接影響系統(tǒng)運(yùn)行的效果，間接影響產(chǎn)品質(zhì)量，由此，鋼絲熱處理明火控制系統(tǒng)會實(shí)時對數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控，控制明火爐的燃燒[2]。

2.1 上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的功能

人機(jī)交互的進(jìn)行有利于實(shí)現(xiàn)人與計算機(jī)的對話，有便捷的操作。其功能實(shí)現(xiàn)主要體現(xiàn)在以下幾方面：隨著生產(chǎn)的進(jìn)行，實(shí)時顯示生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)與設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)，檢測控制參數(shù)，及時發(fā)出預(yù)警并修改信息，確保手動控制與自動控制可隨意切換。即整個系統(tǒng)頁面會顯示各空氣調(diào)節(jié)閥的運(yùn)行狀態(tài)，包括預(yù)熱段、加熱墊、均熱鍛等，查看實(shí)際運(yùn)行的參數(shù)，并與設(shè)定參數(shù)對比，同時，隨著情況的變化，選擇不同的控制方式。

2.2 燃燒控制算法

控制算法模塊可以處理采集的數(shù)據(jù)，根據(jù)既定算法運(yùn)算。其第一次運(yùn)行后，會按照初始程序的設(shè)計，計算控制爐溫的周期與流量跟蹤周期的參數(shù)，輸入到計算表中，而為了保證爐溫測量參數(shù)的準(zhǔn)確，會采用三段爐溫測量法，設(shè)定在30s后，讀取測量值。同時，為及時接收升溫、降溫的指令，定時器設(shè)定的時間多為10秒鐘。如果爐溫的偏差在60°的范圍內(nèi)，使用模糊PID控制與改進(jìn)型雙交叉限幅控制[3]。

2.3 熱處理明火爐系統(tǒng)的調(diào)試

該控制系統(tǒng)是以WinCC系統(tǒng)平臺為基礎(chǔ)，控制系統(tǒng)的操作，并提高了自動化控制的水平。系統(tǒng)經(jīng)過調(diào)試后，會得到良好的控制效果，自動控制系統(tǒng)，如果各參數(shù)被外界干擾，系統(tǒng)能夠自動調(diào)節(jié)，確保明火燃燒達(dá)到最佳的狀態(tài)。

2.3.1 鋼絲金相組織均勻，提高生產(chǎn)質(zhì)量

原有的鋼絲熱處理結(jié)束后，鋼絲出爐的溫差在40°左右，有些溫差甚至?xí)^100°，但鋼絲經(jīng)過明火爐的熱加工后，溫差可以控制在5°以內(nèi)，爐內(nèi)溫度平均分布，鋼絲的金相組織也更加穩(wěn)定。

2.3.2 縮小鋼絲強(qiáng)度的散差

明火爐鋼絲熱處理后，鋼絲的強(qiáng)度雖然有散差，但范圍在30MPa以內(nèi)，明顯小于原有鋼絲熱處理后的強(qiáng)度散差，為后續(xù)生產(chǎn)打下基礎(chǔ)，使鋼絲更具穩(wěn)定性與耐疲勞性。

2.3.3 實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排

該控制系統(tǒng)運(yùn)用后，空燃比的比率在1.02到1.1之間，提高了設(shè)備的燃燒率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。即實(shí)際操作中，可把爐溫控制在一定的范圍內(nèi)，控制的溫差變小，減少了燃料的使用。同時，它也提高了系統(tǒng)的性能，縮小系統(tǒng)參數(shù)的誤區(qū)，讓系統(tǒng)更具優(yōu)越性。

3 結(jié)語

熱處理明火爐控制系統(tǒng)具有一定的復(fù)雜性，其系統(tǒng)設(shè)計與功能的實(shí)現(xiàn)，可提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，降低各類因素對系統(tǒng)運(yùn)行的影響，自動控制，提升產(chǎn)品質(zhì)量，降低能耗，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排的要求。但該系統(tǒng)仍需不斷調(diào)試，進(jìn)一步完善。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱清.基于VB的集散式熱處理控制系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[J].電工技術(shù)，2012（06）：44-46.

[2]李雪梅，張斌，唐亮.熱處理電爐溫度網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[J].信息化縱橫，2012（10）：46-49.

[3]傅詠虹，周鮮成，王建明.熱處理爐的網(wǎng)絡(luò)控制與管理系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[J].組合機(jī)床與自動化加工技術(shù)，2012（06）：62-63+65.