紅外測溫儀在圓鋼測溫控制系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

沈燦鋼

（江陰職業(yè)技術(shù)學(xué)院，無錫 214405）

特種鋼鐵（以下簡稱特鋼）生產(chǎn)對鋼材溫度控制要求非常高。生產(chǎn)過程中缺少溫度監(jiān)測環(huán)節(jié)，會直接影響產(chǎn)品問題的追蹤溯源。在傳統(tǒng)特鋼生產(chǎn)過程中，溫度采集和調(diào)質(zhì)線出口料溫監(jiān)測均需要人工完成，無法形成系統(tǒng)的歷史曲線，而且人工記錄還會出現(xiàn)偏差和缺失等問題。根據(jù)材料和工藝特性在檢測點增加測溫控制系統(tǒng)，實時監(jiān)測產(chǎn)品溫度，不僅能夠提高工藝管控水平和工作效率，還能夠提升產(chǎn)品質(zhì)量，降低人工成本。

1 紅外測溫儀的原理和選型

1.1 紅外測溫儀測量原理

紅外測溫儀利用物體表面的紅外輻射來檢測被測物體的表面溫度，是一種非接觸式測溫方式，其測溫效果與被測物體的大小、運動速度和周圍環(huán)境等有關(guān)[1]。首先，被測物體周圍有大量粉塵、煙霧和水蒸氣時，會影響紅外檢測反射率。其次，周圍環(huán)境如果存在陽光直射和火源，也會影響測溫效果。最后，檢測目標(biāo)過小、檢測距離過遠、被測物體運動速度過快等會直接影響測溫的準(zhǔn)確度。紅外測溫儀的優(yōu)點很明顯，其為非接觸測量，相比接觸式測溫儀更耐用，可以解決一些接觸測式溫儀無法觸及的目標(biāo)，適用于測量低速運動中的物體。

1.2 紅外測溫儀選型

通過調(diào)研國內(nèi)外測溫儀的發(fā)展?fàn)顩r和測溫儀的使用狀況，結(jié)合工藝要求和現(xiàn)場情況，選擇DCT1-3514 紅外測溫儀。此測溫儀廣泛應(yīng)用于冶金行業(yè)線棒材生產(chǎn)線，尤其適用于距離遠、目標(biāo)小、發(fā)射率易變化的材料和有強烈衰減的環(huán)境。

DCT1-3514 紅外測溫儀使用疊層InGaAs 探測器，主要用于冶金行業(yè)的鋼鐵、水流、高速線材、熱軋板材等的溫度測量[2]。它通過接收兩個相鄰波段的紅外輻射，根據(jù)兩者的比值來計算被測物體的溫度。這種測溫儀抗干擾能力強，檢測方便，易于使用，檢測效果穩(wěn)定，適合在冶金車間現(xiàn)場長期使用。

2 圓鋼測溫控制系統(tǒng)設(shè)計

2.1 測溫控制系統(tǒng)組成

測溫監(jiān)控系統(tǒng)由2 臺紅外測溫儀、西門子模塊組和工控機組成。其中，西門子模塊組包括電源模塊、中央處理器（Central Processing Unit，CPU）模塊和模擬量輸入模塊。測溫儀測量溫度后先顯示在發(fā)光二極管（Lighting Emitting Diode，LED）屏上，然后通過模擬量信號接入模塊將溫度數(shù)據(jù)傳輸給工控機。工控機具有數(shù)據(jù)存儲、歷史記錄和溫差報警等功能。測溫監(jiān)控系統(tǒng)組成，如圖1 所示。

圖1 測溫監(jiān)控系統(tǒng)組成

2.2 紅外測溫儀安裝位置

紅外測溫儀主要用于測量感應(yīng)線在線棒材上的表面溫度，因此要將其安裝于淬火和回火裝置的進水環(huán)前[3-4]。安裝時要根據(jù)現(xiàn)場輥道中心確定測溫儀的安裝位置，盡量將其安裝在熱源上方，避免受到水汽和水霧的影響。此測溫儀為雙色測溫儀，不要求目標(biāo)充滿視場，因此安裝角度允許小于45°，安裝距離允許超過1 m。紅外測溫儀安裝位置，如圖2 所示。

圖2 紅外測溫儀安裝位置

2.3 PLC 模塊選擇

可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）模塊主要包括電源模塊、CPU 模塊和模擬量輸入模塊。其中，電源模塊的型號為PS307 5A，CPU模塊的型號為CPU315-2DP，模擬量輸入模塊的型號為SM331 8AI。

2.4 硬件電路

紅外測溫儀接入模擬量輸入模塊，模擬量輸入模塊接入CPU 模塊，CPU 模塊以PROFIBUS 的方式接入工控機。PLC 控制系統(tǒng)接線圖，如圖3 所示。

圖3 PLC 系統(tǒng)接線圖

2.5 PLC 程序設(shè)計

在西門子STEP7 軟件中對硬件系統(tǒng)進行組態(tài)和編程，使用FC105 功能塊處理采集到的溫度數(shù)據(jù)，并增加溫度比對程序[5-6]。感應(yīng)線溫度采集程序，如圖4所示。溫差報警程序，如圖5 所示。程序中PIW270為淬火模擬量輸入，PIW268 為回火模擬量輸入，DB1.DBD0 為淬火轉(zhuǎn)換后實際值，DB1.DBD12 為設(shè)定上限，DB1.DBD16 為設(shè)定下限，DB1.DBD4 為回火轉(zhuǎn)換后實際值。

圖4 感應(yīng)線溫度采集程序

圖5 溫差報警程序

3 測溫系統(tǒng)調(diào)試

3.1 測溫儀參數(shù)調(diào)試

在視窗控制中心（Windows Control Center，WinCC）中添加變量，增加溫度實際值顯示、設(shè)定輸入和溫度歷史曲線等[7]。根據(jù)多次測試結(jié)果和工藝要求，紅外測溫儀選擇雙色、平均值檢測模式，斜率系數(shù)為1.000，響應(yīng)時間為0.5 s。測溫儀參數(shù)設(shè)置，如表1 所示。

表1 測溫儀調(diào)試參數(shù)設(shè)置表

3.2 調(diào)試故障解決方案

設(shè)備中存在感應(yīng)線，感應(yīng)線中的中頻和高頻電流信號會干擾信號采集。因此，所有的信號連接屏蔽線必須可靠接地，在線路鋪設(shè)時應(yīng)避開動力電纜，也可以增加信號隔離器等設(shè)施[8]。系統(tǒng)調(diào)試時，紅外測溫儀內(nèi)部溫度超過65 ℃時顯示錯誤代碼“EEE1”，內(nèi)部溫度低于35 ℃時顯示錯誤代碼“EEE2”。解決方案為在環(huán)境溫度過高時接入冷卻水。為了保證測量的準(zhǔn)確性，鏡頭等部件應(yīng)時刻保持干凈，一方面要避免環(huán)境中出現(xiàn)水汽、霧氣和塵煙，另一方面可以加裝空氣吹掃設(shè)備和防塵罩。設(shè)備防護和冷卻方案，如圖6所示。

圖6 設(shè)備防護和冷卻方案

4 結(jié)語

目前，紅外測溫儀廣泛運用于制造業(yè)、建筑業(yè)和食品行業(yè)等領(lǐng)域。在工業(yè)生產(chǎn)中增加紅外溫控儀和溫控系統(tǒng)，能夠更加精準(zhǔn)地在線監(jiān)測原材料的熱處理情況。通過應(yīng)用測溫控制系統(tǒng)，解決人工抽檢的不確定性，對提升圓鋼的熱處理質(zhì)量具有重要意義。通過實際應(yīng)用，證明此設(shè)計能夠有效監(jiān)測熱處理過程中的材料溫度，為特鋼生產(chǎn)過程的質(zhì)量控制做出了重要貢獻。