等靜壓脫氣爐自動(dòng)控溫系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王虎成 /中色（寧夏）東方集團(tuán)有限公司

等靜壓脫氣爐自動(dòng)控溫系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王虎成 /中色（寧夏）東方集團(tuán)有限公司

本文主要是講述了在等靜壓工藝中基于智能化溫控和MCGS組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)所組成的控制系統(tǒng)。

脫氣爐；溫控系統(tǒng)；RS-485現(xiàn)場(chǎng)總線；MCGS組態(tài)軟件

前言

脫氣處理是鈹材加工中重要工序之一，脫氣爐的控制水平在整個(gè)鈹材質(zhì)量控制過(guò)程中，具有舉足輕重的地位，針對(duì)等靜壓工藝的現(xiàn)狀和工藝要求，我們?cè)O(shè)計(jì)了三臺(tái)脫氣爐溫度控制柜，采用智能加熱程序，實(shí)現(xiàn)升溫的自動(dòng)化，控溫準(zhǔn)確，為鈹材產(chǎn)品加工提供了準(zhǔn)確的環(huán)境和依據(jù)。該系統(tǒng)具有操作方便、精度高、可靠性好等特點(diǎn)。

脫氣凈度對(duì)鈹材的力學(xué)性能，延伸率有明顯的影響，鈹粉加熱時(shí)，一般有兩個(gè)放氣高峰，人工記錄，有時(shí)無(wú)法捕捉到放氣高峰，記錄誤差大，因此工藝人員一直無(wú)法得到鈹材脫氣溫度和放氣量之間準(zhǔn)確的關(guān)系，為此，我們?cè)O(shè)計(jì)了等靜壓工藝計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)組態(tài)軟件，從工藝曲線的歷史數(shù)據(jù)庫(kù)為科研人員從保溫時(shí)間、保溫溫度、真空度、鈹粉坯漏氣速率、脫氣時(shí)間等的研究提供了一個(gè)平臺(tái)。

一、技術(shù)要求：

三臺(tái)脫氣爐溫度控制系統(tǒng)具體技術(shù)要求如下

●額定輸出功率：30KW 一臺(tái)，45KW 兩臺(tái) 爐絲星結(jié)，晶閘管控制

●溫控區(qū)（點(diǎn)）：1個(gè)，控溫精度：±2℃，工藝可編程控制

保護(hù)功能：除常規(guī)的斷路器、快速融斷器保護(hù)功能外，系統(tǒng)具有完善的報(bào)警功能，如：過(guò)流、過(guò)溫保護(hù)，缺相/電源故障、斷偶報(bào)警，門(mén)開(kāi)關(guān)保護(hù)。

等靜壓工藝計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)要求：

●脫氣爐的溫度、真空信號(hào)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)采集、記錄、存儲(chǔ)；繪制工藝實(shí)時(shí)及歷史曲線；按照工藝人員要求可查詢、打印批次報(bào)表；實(shí)現(xiàn)各級(jí)報(bào)警功能；

●等靜壓大缸三個(gè)區(qū)溫度、電流、電壓信號(hào)和大缸壓力信號(hào)10個(gè)信號(hào)，小缸上下兩區(qū)溫度、電流、電壓信號(hào)和小缸壓力信號(hào)7個(gè)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)采集、記錄、存儲(chǔ)；繪制實(shí)時(shí)及歷史曲線；滿足查詢、打印批次報(bào)表；實(shí)現(xiàn)各級(jí)報(bào)警功能。

二、總體設(shè)計(jì)思路、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

（一）脫氣爐自動(dòng)控溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)

采用可編程序溫度控制器作為控制核心，配有宇光AL808P工業(yè)調(diào)節(jié)器做超溫監(jiān)測(cè)儀表；由三路雙向可控硅反相并聯(lián)及三相觸發(fā)板構(gòu)成輸出元件。按照爐子的功率，選配合適電氣控制及保護(hù)電路。溫度閉環(huán)回路的工作原理為：溫度控制器通過(guò)熱電偶采集爐體內(nèi)的溫度與設(shè)定溫度比較后，再經(jīng)過(guò)PID運(yùn)算后輸出4～20mA信號(hào)控制觸發(fā)板。觸發(fā)板接受溫度控制器輸出的4～20mA后，對(duì)其進(jìn)行處理，輸出一組脈沖觸發(fā)可控硅，以改變可控硅的導(dǎo)通時(shí)間，從而改變加熱器兩端的電壓，其大小受溫控器輸出信號(hào)線性控制。當(dāng)溫度控制器輸出 4mA，加熱器兩端的電壓為零；當(dāng)溫度控制器輸出 20mA，加熱器兩端的電壓為220V；經(jīng)此閉環(huán)控制，爐內(nèi)溫度可精確達(dá)到設(shè)定點(diǎn)。

（二）計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)、RS-485通訊轉(zhuǎn)接口、熱偶輸入模塊、摸擬量輸入模塊等組成。計(jì)算機(jī)采用研華工控機(jī)，作為系統(tǒng)的上位機(jī)，通過(guò)RS-485現(xiàn)場(chǎng)總線與各IO模塊通訊，實(shí)現(xiàn)控溫過(guò)程中溫度曲線、真空度、功率曲線的自動(dòng)記錄，選配模擬量輸出模塊，真空模擬量輸出模塊，使脫氣爐的溫度、真空信號(hào)，通過(guò)模擬量輸入模塊采集到計(jì)算機(jī)；等靜壓大缸三個(gè)區(qū)溫度、電流、電壓信號(hào)和大缸壓力信號(hào)10個(gè)信號(hào)，小缸上下兩區(qū)溫度、電流、電壓信號(hào)和小缸壓力信號(hào)7個(gè)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)采集、記錄、存儲(chǔ)；繪制實(shí)時(shí)及歷史曲線；可按照要求查詢、打印批次報(bào)表；實(shí)現(xiàn)各級(jí)報(bào)警功能。摸擬量輸入模塊采集熱偶信號(hào)、真空信號(hào)，完成爐溫及真空的測(cè)量。具體如下：

1.三臺(tái)脫氣爐的溫度儀表和真空計(jì)加裝4-20Ma模擬量輸出模塊；用一塊研華模擬量輸入模塊采集六個(gè)模擬量信號(hào)，用一根通訊線接入計(jì)算機(jī)中。

2.等靜壓大缸、小缸加熱電流和電壓用電力采集模塊采集，采用兩個(gè)模塊，等靜壓大缸、小缸的壓力信號(hào)直接送到一個(gè)研華八通道數(shù)據(jù)采集模塊上。

3.等靜壓大缸三塊歐陸903P溫度表和等靜壓小缸兩塊歐陸2404智能溫度控制器，因?yàn)闆](méi)有RS485通訊口，遂選用ADAM-4000系列的熱電偶輸入模塊來(lái)采集大缸、小缸的溫度信號(hào)。

組態(tài)軟件采用北京昆侖通態(tài)的MCGS組態(tài)，通過(guò)編程開(kāi)發(fā)，使應(yīng)用程序具有動(dòng)態(tài)顯示參數(shù)，選擇與設(shè)定參數(shù)、實(shí)時(shí)運(yùn)行曲線、歷史曲線、各種報(bào)表和各級(jí)報(bào)警功能等。人機(jī)界面主要由以下窗口組成：

◆電爐工藝： 顯示各電爐已裝載的工藝，在顯示工藝的基礎(chǔ)之上，可修改﹑重裝電爐工藝，并可起動(dòng)電爐投入運(yùn)行。

◆顯示溫度儀表模擬盤(pán)，可同時(shí)顯示各儀表的溫度和工作狀態(tài)及包套真空度。

◆實(shí)時(shí)運(yùn)行曲線 ：動(dòng)態(tài)顯示電爐運(yùn)行時(shí)的溫度變化。可以同時(shí)顯示功率曲線。若在電爐配置中允許記錄工藝設(shè)定曲線，則可以同時(shí)顯示工藝曲線。

◆運(yùn)行參數(shù)表 ：動(dòng)態(tài)顯示當(dāng)前電爐運(yùn)行過(guò)程中的各種參數(shù)，包括電爐參數(shù)﹑溫度參數(shù)、真空參數(shù)。

◆事件記錄表 ： 顯示電爐運(yùn)行過(guò)程中各種報(bào)警事件的發(fā)生時(shí)間、報(bào)警事件名稱等信息。

◆工藝數(shù)據(jù)查詢功能，技術(shù)人員只要輸入產(chǎn)品的批次號(hào)，就可以查到次批材產(chǎn)品的升溫、抽真空等工藝數(shù)據(jù)。

◆程序具有完善的報(bào)警功能。包括出爐預(yù)報(bào)警、提前出爐報(bào)警、運(yùn)行中斷、儀表通訊異常、缺相/電源故障、斷偶報(bào)警等事件。各種報(bào)警通過(guò)報(bào)警鈴聲的不同﹑響/停時(shí)間間隔加以區(qū)分，并記錄在事件表中。

◆歷史數(shù)據(jù)報(bào)表：根據(jù)工藝技術(shù)人員的要求，合理編制歷史數(shù)據(jù)報(bào)表，為科研人員從保溫時(shí)間、保溫溫度、真空度、鈹粉坯漏氣速率、脫氣時(shí)間等工藝參數(shù)方面提供研究依據(jù)。

三、經(jīng)濟(jì)效益額的計(jì)算依據(jù)

●通過(guò)改進(jìn)工藝，縮短鈹產(chǎn)品的保溫和加熱時(shí)間，從而節(jié)約能源，每爐次比過(guò)去縮短加熱時(shí)間5小時(shí)，每爐將節(jié)約電能：200度電，每年加熱500爐次，每度電按0.5元計(jì)算，1年節(jié)約電費(fèi)5萬(wàn)元。

●因?yàn)楣に嚨姆€(wěn)定，使產(chǎn)品的質(zhì)量得到保證，提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)率。

社會(huì)效益：

該系統(tǒng)完成技術(shù)改造后，在實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)揮了重要的作用，通過(guò)改造前后的質(zhì)量檢測(cè)比較，設(shè)備故障率比較，計(jì)算機(jī)自動(dòng)監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)對(duì)于提高生產(chǎn)的自動(dòng)化程度，保證產(chǎn)品質(zhì)量，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，改善操作條件，提高勞動(dòng)效率，維護(hù)安全生產(chǎn)都起到了積極的作用，通過(guò)提高生產(chǎn)自動(dòng)化水平，降低了人為誤操作的可能性，提高鈹產(chǎn)品的生產(chǎn)率及產(chǎn)品質(zhì)量有助于工藝人員的進(jìn)一步的工藝創(chuàng)新，增強(qiáng)其在國(guó)際、國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。