微型計(jì)算機(jī)在中頻感應(yīng)燒結(jié)爐上的應(yīng)用

陳 偉

（自貢硬質(zhì)合金有限責(zé)任公司成都分公司，四川成都 610100）

0 引言

中頻感應(yīng)燒結(jié)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{(diào)節(jié)的中頻（300～2500）Hz 電流，供給電容倍壓后，使盛放在感應(yīng)線圈里的金屬材料中產(chǎn)生強(qiáng)大的渦流而發(fā)熱。中頻感應(yīng)燒結(jié)爐是生產(chǎn)鎢鉬合金（鉬頂頭）產(chǎn)品的主要設(shè)備。中頻感應(yīng)燒結(jié)爐工藝，影響鎢鉬合金的質(zhì)量，嚴(yán)格精準(zhǔn)控制燒結(jié)工藝過(guò)程，才能生產(chǎn)高質(zhì)量的鎢鉬合金。自動(dòng)精準(zhǔn)控制中頻感應(yīng)燒結(jié)爐升溫過(guò)程，確保中頻感應(yīng)燒結(jié)爐燒結(jié)工藝的質(zhì)量。

傳統(tǒng)中頻感應(yīng)燒結(jié)爐燒結(jié)控制工藝采用手動(dòng)人工調(diào)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(wèn)題。①產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)大，一致性差；②升溫系統(tǒng)誤差大，很難保證鎢鉬合金的質(zhì)量；③不能精準(zhǔn)實(shí)行均衡的用電；④操作人員工作時(shí)間長(zhǎng)，勞動(dòng)強(qiáng)度大；⑤缺乏能耗自動(dòng)統(tǒng)計(jì)功能。采用工業(yè)微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用于中頻感應(yīng)燒結(jié)爐，提高鎢鉬產(chǎn)品質(zhì)量及產(chǎn)品一致性。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理

系統(tǒng)由工業(yè)微型計(jì)算機(jī)、溫度可編程控制器、大屏幕LED液晶顯示器、HP 激光打印機(jī)、中頻感應(yīng)燒結(jié)裝置組成，保留原來(lái)人工手動(dòng)操作的電路和中頻電流、電壓表和中頻功率統(tǒng)計(jì)表。上位機(jī)為工業(yè)級(jí)微型計(jì)算機(jī)，對(duì)中頻感應(yīng)燒結(jié)爐升溫工藝程序系統(tǒng)進(jìn)行中頻工藝監(jiān)視和能耗統(tǒng)計(jì)管理。制定工藝曲線或修改工藝升溫參數(shù)，實(shí)時(shí)顯示中頻爐參數(shù)（溫度、中頻電流、電壓、日期時(shí)間）、工藝流程、故障狀態(tài)、能源統(tǒng)計(jì)及打印報(bào)表。下位機(jī)為專用控制模塊工業(yè)控制機(jī)（工控機(jī)），每臺(tái)可獨(dú)立控制1 臺(tái)中頻爐，整個(gè)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)9 臺(tái)中頻爐的群控，也可通過(guò)鍵盤實(shí)現(xiàn)中頻溫度工藝修改和設(shè)定控溫曲線功能，并隨時(shí)與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)聯(lián)絡(luò)通訊。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)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(hào)RAYMR1SCSF 雷泰紅外測(cè)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(kāi)關(guān)量控制，以標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)總線與上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)通訊，構(gòu)建友好的人機(jī)操作界面，保留設(shè)備原有的儀表和中頻逆變裝置，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的組態(tài)，完成各種復(fù)雜的控制指令。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

中頻感應(yīng)燒結(jié)爐溫度控制軟件設(shè)計(jì)，由主機(jī)和下位機(jī)2 部分組態(tài)軟件組成。主機(jī)管理程序的設(shè)計(jì)采用模塊軟件結(jié)構(gòu)，便于功能擴(kuò)展。管理程序由Windows、C++和匯編語(yǔ)言3 種語(yǔ)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(yǔ)言和C++語(yǔ)言軟件設(shè)計(jì)，主菜單3 和菜單4（實(shí)時(shí)監(jiān)控）部分由匯編軟件語(yǔ)言編制。程序管理操作采用從上到下逐級(jí)菜單顯示方式，用戶簡(jiǎn)單的操作便可監(jiān)控中頻感應(yīng)燒結(jié)爐控溫過(guò)程。主機(jī)系統(tǒng)由3 部分程序組成，主機(jī)溫度控制軟件系統(tǒng)見(jiàn)圖2；下位機(jī)運(yùn)行軟件由菜單4 組成，下位機(jī)主程序流程見(jiàn)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(yīng)燒結(jié)爐現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)磁場(chǎng)、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(jìn)措施。

3.1 信號(hào)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(jìn)線端，設(shè)置西門子隔離變壓器以及具有抗強(qiáng)干擾的工控機(jī)電源，徹底濾除電網(wǎng)輸入的髙次諧波干擾，特別是當(dāng)中頻爐主回路停、啟時(shí)所產(chǎn)生大電流干擾發(fā)生時(shí)，確保控制系統(tǒng)能正常運(yùn)行。

圖2 主機(jī)溫度控制軟件系統(tǒng)

3.2 精準(zhǔn)處理超調(diào)慣性

采取措施杜絕振蕩電流。①軟件設(shè)定工作電流在±2.5 A 范圍內(nèi)波動(dòng)，電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)不予動(dòng)作；②輸入端A/D（Analog/Digital，模擬量/數(shù)字量）信號(hào)接入合適電容給予濾波處理，濾去瞬變的干擾信號(hào)；③工作電流整定采用PID（Proportion Integration Differentiation，比例積分微分）調(diào)節(jié)，快速平滑調(diào)整電流；④由軟件分段處理調(diào)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(jì)算機(jī)和軟件系統(tǒng)可靠工作，防止微型計(jì)算機(jī)因“死機(jī)”造成產(chǎn)品報(bào)廢，系統(tǒng)采用高性能“看門狗”。軟件設(shè)計(jì)時(shí)增加故障停電和臨時(shí)停電記憶功能，重新送電時(shí)，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)自動(dòng)從停電斷點(diǎn)處開(kāi)始執(zhí)行升溫工藝，從而保障燒結(jié)產(chǎn)品的質(zhì)量。

3.4 處理接地信號(hào)

為確保控制系統(tǒng)可靠運(yùn)行，防止接地系統(tǒng)中所有電路使用同一個(gè)系統(tǒng)的零位地，把模擬接地信號(hào)和數(shù)字接地信號(hào)分開(kāi)處理。控制系統(tǒng)應(yīng)用經(jīng)典浮地來(lái)處理系統(tǒng)接地，微型計(jì)算機(jī)的電源與電路信號(hào)各接口不共地，數(shù)字和模擬信號(hào)系統(tǒng)徹底分離。

4 改進(jìn)后的功能

工業(yè)計(jì)算機(jī)可分屏和同時(shí)顯示各種畫面，實(shí)時(shí)顯示電流、電壓、能耗、爐溫。改進(jìn)前的中頻燒結(jié)溫度控制精度≤±2.5%，改進(jìn)后溫度控制精度≤±1.0%。工藝參數(shù)設(shè)定、實(shí)時(shí)調(diào)用、修改、讀取、發(fā)送、接收工藝曲線，上下位機(jī)實(shí)時(shí)通訊。實(shí)現(xiàn)每臺(tái)爐子生產(chǎn)的產(chǎn)品批號(hào)、產(chǎn)品重量、電能消耗等數(shù)據(jù)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)。計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)空間大，可存儲(chǔ)1 年以上歷史數(shù)據(jù)、曲線圖。故障自診斷功能（過(guò)壓、過(guò)流、缺水、缺相等），能自動(dòng)故障聲光報(bào)警和數(shù)據(jù)記錄，具有完備的報(bào)表管理功能。可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)均衡用電負(fù)荷，可實(shí)現(xiàn)每臺(tái)爐子的能耗比較和優(yōu)化。手動(dòng)/自動(dòng)完成中頻燒結(jié)的控制功能。

5 結(jié)束語(yǔ)

圖3 下位機(jī)主程序流程

采用微型計(jì)算機(jī)改進(jìn)中頻感應(yīng)燒結(jié)爐提高控制系統(tǒng)的可靠性、測(cè)量精度和控制性能，提高產(chǎn)品質(zhì)量，中頻爐裝置自動(dòng)化程度的提高，大幅度減少操作人員勞動(dòng)負(fù)荷，降低中頻燒結(jié)的能耗。微型計(jì)算機(jī)的精準(zhǔn)控制在現(xiàn)代自動(dòng)化控制中具有較高的可靠性，模塊設(shè)計(jì)思想方便軟件組合，融入人機(jī)界面的系統(tǒng)配置，是經(jīng)濟(jì)實(shí)用、方便、可靠、集成一體的工業(yè)爐自動(dòng)化系統(tǒng)配置方案。