微型計算機在中頻感應燒結爐上的應用

陳 偉

（自貢硬質合金有限責任公司成都分公司，四川成都 610100）

0 引言

中頻感應燒結爐工作原理是將三相工頻50 Hz交流電整流成直流電，再把直流電變?yōu)榭烧{節(jié)的中頻（300～2500）Hz電流，供給電容倍壓后，使盛放在感應線圈里的金屬材料中產(chǎn)生強大的渦流而發(fā)熱。中頻感應燒結爐是生產(chǎn)鎢鉬合金（鉬頂頭）產(chǎn)品的主要設備。中頻感應燒結爐工藝，影響鎢鉬合金的質量，嚴格精準控制燒結工藝過程，才能生產(chǎn)高質量的鎢鉬合金。自動精準控制中頻感應燒結爐升溫過程，確保中頻感應燒結爐燒結工藝的質量。

傳統(tǒng)中頻感應燒結爐燒結控制工藝采用手動人工調節(jié)中頻電流和中頻電壓控制中頻爐的溫度，這種方法存在難以解決的問題。①產(chǎn)品質量波動大，一致性差；②升溫系統(tǒng)誤差大，很難保證鎢鉬合金的質量；③不能精準實行均衡的用電；④操作人員工作時間長，勞動強度大；⑤缺乏能耗自動統(tǒng)計功能。采用工業(yè)微型計算機應用于中頻感應燒結爐，提高鎢鉬產(chǎn)品質量及產(chǎn)品一致性。

1 系統(tǒng)結構及工作原理

系統(tǒng)由工業(yè)微型計算機、溫度可編程控制器、大屏幕LED液晶顯示器、HP激光打印機、中頻感應燒結裝置組成，保留原來人工手動操作的電路和中頻電流、電壓表和中頻功率統(tǒng)計表。上位機為工業(yè)級微型計算機，對中頻感應燒結爐升溫工藝程序系統(tǒng)進行中頻工藝監(jiān)視和能耗統(tǒng)計管理。制定工藝曲線或修改工藝升溫參數(shù)，實時顯示中頻爐參數(shù)（溫度、中頻電流、電壓、日期時間）、工藝流程、故障狀態(tài)、能源統(tǒng)計及打印報表。下位機為專用控制模塊工業(yè)控制機（工控機），每臺可獨立控制1臺中頻爐，整個系統(tǒng)可實現(xiàn)9臺中頻爐的群控，也可通過鍵盤實現(xiàn)中頻溫度工藝修改和設定控溫曲線功能，并隨時與上位機實現(xiàn)聯(lián)絡通訊。系統(tǒng)結構見圖1。

2 系統(tǒng)硬件和軟件

系統(tǒng)硬件采用高精度、性能可靠的日本島電（FP23）智能溫度控制器，配合型號RAYMR1SCSF雷泰紅外測溫儀和西門子PLC（Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器）完成模擬量和開關量控制，以標準現(xiàn)場總線與上位監(jiān)控計算機通訊，構建友好的人機操作界面，保留設備原有的儀表和中頻逆變裝置，實現(xiàn)控制系統(tǒng)的組態(tài)，完成各種復雜的控制指令。

圖1 系統(tǒng)結構

中頻感應燒結爐溫度控制軟件設計，由主機和下位機2部分組態(tài)軟件組成。主機管理程序的設計采用模塊軟件結構，便于功能擴展。管理程序由Windows、C++和匯編語言3種語言編制。爐溫控控制系統(tǒng)（菜單1）和工藝管理部分（菜單2）采用Windows語言和C++語言軟件設計，主菜單3和菜單4（實時監(jiān)控）部分由匯編軟件語言編制。程序管理操作采用從上到下逐級菜單顯示方式，用戶簡單的操作便可監(jiān)控中頻感應燒結爐控溫過程。主機系統(tǒng)由3部分程序組成，主機溫度控制軟件系統(tǒng)見圖2；下位機運行軟件由菜單4組成，下位機主程序流程見圖3。

3 抗干擾防火墻

工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境惡劣，為防止中頻感應燒結爐現(xiàn)場強磁場、高溫、灰塵多和各種高次諧波的干擾，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，采取如下改進措施。

3.1 信號隔離及濾波處理

系統(tǒng)數(shù)字量輸入、輸出通道，模擬量輸入、輸出通道，采用新型光電隔離器，在電源進線端，設置西門子隔離變壓器以及具有抗強干擾的工控機電源，徹底濾除電網(wǎng)輸入的髙次諧波干擾，特別是當中頻爐主回路停、啟時所產(chǎn)生大電流干擾發(fā)生時，確保控制系統(tǒng)能正常運行。

圖2 主機溫度控制軟件系統(tǒng)

3.2 精準處理超調慣性

采取措施杜絕振蕩電流。①軟件設定工作電流在±2.5 A范圍內波動，電流調節(jié)系統(tǒng)不予動作；②輸入端A/D（Analog/Digital，模擬量/數(shù)字量）信號接入合適電容給予濾波處理，濾去瞬變的干擾信號；③工作電流整定采用PID（Proportion Integration Differentiation，比例積分微分）調節(jié)，快速平滑調整電流；④由軟件分段處理調整電流的大小。

3.3 采用高性能“看門狗”

為保證工業(yè)微型計算機和軟件系統(tǒng)可靠工作，防止微型計算機因“死機”造成產(chǎn)品報廢，系統(tǒng)采用高性能“看門狗”。軟件設計時增加故障停電和臨時停電記憶功能，重新送電時，工業(yè)控制計算機自動從停電斷點處開始執(zhí)行升溫工藝，從而保障燒結產(chǎn)品的質量。

3.4 處理接地信號

為確保控制系統(tǒng)可靠運行，防止接地系統(tǒng)中所有電路使用同一個系統(tǒng)的零位地，把模擬接地信號和數(shù)字接地信號分開處理。控制系統(tǒng)應用經(jīng)典浮地來處理系統(tǒng)接地，微型計算機的電源與電路信號各接口不共地，數(shù)字和模擬信號系統(tǒng)徹底分離。

4 改進后的功能

工業(yè)計算機可分屏和同時顯示各種畫面，實時顯示電流、電壓、能耗、爐溫。改進前的中頻燒結溫度控制精度≤±2.5%，改進后溫度控制精度≤±1.0%。工藝參數(shù)設定、實時調用、修改、讀取、發(fā)送、接收工藝曲線，上下位機實時通訊。實現(xiàn)每臺爐子生產(chǎn)的產(chǎn)品批號、產(chǎn)品重量、電能消耗等數(shù)據(jù)自動統(tǒng)計。計算機存儲空間大，可存儲1年以上歷史數(shù)據(jù)、曲線圖。故障自診斷功能（過壓、過流、缺水、缺相等），能自動故障聲光報警和數(shù)據(jù)記錄，具有完備的報表管理功能。可自動實現(xiàn)均衡用電負荷，可實現(xiàn)每臺爐子的能耗比較和優(yōu)化。手動/自動完成中頻燒結的控制功能。

5 結束語

采用微型計算機改進中頻感應燒結爐提高控制系統(tǒng)的可靠性、測量精度和控制性能，提高產(chǎn)品質量，中頻爐裝置自動化程度的提高，大幅度減少操作人員勞動負荷，降低中頻燒結的能耗。微型計算機的精準控制在現(xiàn)代自動化控制中具有較高的可靠性，模塊設計思想方便軟件組合，融入人機界面的系統(tǒng)配置，是經(jīng)濟實用、方便、可靠、集成一體的工業(yè)爐自動化系統(tǒng)配置方案。