自動控制系統網絡在熱處理過程監控上的應用

韓雨芯

摘? 要：隨著我國綜合國力的不斷提升，我國科學技術也有了很大的提高，自動化技術逐漸應用到各個行業種，在熱處理工藝上，自動控制系統網絡的應用也逐漸提上日程。本文主要對自動控制系統網絡在熱處理過程監控上的應用做論述，詳情如下。

關鍵詞：自動控制系統網絡;熱處理;監控應用

引言

熱處理自動控制系統在當今石油機械的生產中應用已經非常廣泛，但多數用于加熱爐溫度-時間曲線的實時記錄上，功能單一，人機交互界面差，而且熱處理現場工藝及生產管控的模式依然陳舊，自動化程度低，遠不能滿足當前質量控制的要求。

1熱處理過程中存在的主要問題

一是產模式陳舊。生產管理人員要頻繁去生產班組核實才能掌握當前加熱爐動態，既不便于生產管理調度，模式陳舊，又效率低下。二是出錯概率大。班組操作、生產管理、成本工時核算及檢驗等人員各自輸入和統計產品熱處理的相關信息，在輸入和傳遞信息時容易出錯、遺漏。三是生產過程實時監控不便。雖然生產現場操作人員可以實時掌控生產動態，但生產管理人員、技術人員、檢驗員等不便實時監控現場生產動態和工藝執行的正確性。

2自動控制系統網絡在熱處理過程監控上的應用

2.1熱處理自動化線

熱處理自動化線由自動控制系統、淬火加熱爐、回火加熱爐、淬火水槽、自動淬火操作機、上下料臺、冷卻循環攪拌系統等部分組成。自動控制系統主要分為加熱溫度控制及動作控制。首先是溫度控制。通過工控機，設定溫度參數后，傳送至控溫儀表，對加熱爐進行溫度控制。同時，加熱爐中的熱電偶把溫度信號轉換成電信號，通過儀表轉換成被測爐膛溫度，反饋至工控機。其次是動作控制。工控機通過PLC對淬火操作機的動作電動機、液壓電磁閥，爐門的升降電動機、冷卻循環攪拌系統的電動機、電磁閥進行控制，并通過傳感器反饋的溫度、電流、電壓、淬火機位置、液位高度等信號，傳送給工控機，實現閉環控制。自動淬火操作機托運料盤及缸筒工件以完成整個淬火及高溫回火的熱處理過程，具體流程為：人工擺料到放置料盤的料臺上→自動淬火操作機自動取料后托運工件到淬火加熱爐爐前→工件進淬火加熱爐，缸筒工件水平放置于爐中支腿上。自動淬火操作機后退，爐門關閉→工件開始加熱保溫、時間到→自動淬火操作機托料出爐→將工件送到淬火水槽內，開始水平淬火→淬火時間到，工件出淬火水槽→自動淬火操作機托運工件進回火加熱爐→回火完成，自動淬火操作機托運工件運行到料臺位置，卸料。工件在加熱爐內加熱時，由爐內熱源傳給工件表面，工件表面得到熱量并向工件內傳播，常用的加熱方式有隨爐加熱和到溫入爐加熱等方式。熱處理自動化線采用到溫入爐的加熱方式，傳統的熱處理爐一般采用隨爐加熱方式。兩種加熱方式，由于介質與被加熱工件表面溫度差不同，導致加熱速度不同。在相同的加熱介質下，工件的爐內排布方式，裝爐量會影響熱量傳遞效率，需要對保溫時間進行修正。

2.2自動控制系統網絡

在作業現場區域，管理和監控的信息主要包括爐內裝載產品，加熱爐狀態是升溫還是保溫，爐溫是否已經均勻，上料臺是否就位，淬火機械手是否存在異常，以及淬火冷卻介質溫度、淬火池冷卻系統是否正常工作等。同時，現場數顯屏幕看板顯示當前爐溫、介質溫度等工藝參數摘要信息，方便作業現場的人員查看。在控制系統機房，加熱爐控制柜與現場隔離，避免現場環境影響控制元器件，備用的圓盤記錄儀在計算機出現故障時可以記錄熱處理溫度和時間，異常報警系統可在系統出現問題時，通過聲音和報警燈提示工作人員。

2.3時滯復雜網絡的精密溫度自動控制

在工業生產中，溫度的控制對產品性能的穩定性具有重要的影響，尤其是在高精度儀器生產過程中，對溫度的控制穩定性與精確性有著更高的要求，所以提高時滯復雜網絡環境下的精密溫度控制性能至關重要。雖然時滯網絡的同步已經取得了很大進展，但大多數學者研究的是同質系統，而實際環境中外部干擾和參數不確定等因素對溫度控制系統會造成異質性的影響，因此對異質復雜網絡進行研究非常重要。在溫度的自動控制中，由于恒溫控制是一種非線性的時變過程，可以通過最小二乘法擬合將其轉換為動態線性系統，進而通過控制器對溫度進行控制。控制器的控制對象為熱源溫度，實時溫度的采樣結果作為系統的輸入，經過控制器控制后調節溫度范圍，達到穩定熱源溫度的目的。

2.4回火態拉伸性能與硬度

隨著回火溫度的提高，鋼的抗拉強度、屈服強度和硬度總體呈下降趨勢，且下降趨勢相似。當回火溫度較低時，合金元素的擴散能力較弱，大部分合金元素仍然存在于基體中，主要強化機制為固溶強化，此時的強度和硬度均較高，在400℃回火時的抗拉強度高達1325MPa。隨著回火溫度的提高，馬氏體組織逐漸發生分解，基體中碳化物的析出速率加快，導致固溶強化的效果減弱，強度快速降低。隨著回火溫度的提高，C原子的固溶強化作用已完全消失，但由于強碳化物形成元素Mo的合金碳化物彌散析出，成為固溶體的主要強化相。材料的強度和硬度隨回火溫度升高而降低的趨勢有所下降，在600～640℃之間抗拉強度從988MPa降低到928MPa，抗拉強度隨回火溫度升高而降低的速率減小至1.500MPa/℃。進一步提高回火溫度時，合金碳化物逐漸發生聚集和長大現象，對位錯運動的阻礙作用大大減弱，使得硬度和強度急劇降低。同時，材料的基體發生高溫回復，位錯密度顯著地降低，導致強度和硬度進一步降低。在640～730℃之間抗拉強度從928MPa降低到674MPa，抗拉強度隨回火溫度升高而降低的速率大幅增加至2.822MPa/℃。當回火溫度提高到740℃時，這時的回火溫度已超過鋼的相變溫度Ac1，部分基體組織發生了奧氏體轉變，并且在后續的冷卻過程中形成馬氏體組織，使抗拉強度和硬度均有一定程度的提高，但屈服強度下降明顯。

2.5熱軋板帶加熱爐爐溫自動控制

之前的熱爐爐溫控制是先設定好加熱爐生產過程中空氣和燃氣的比例，崗位操作人員再手動調整各個加熱段煤氣量控制燃燒器火焰的大小，進而控制各個加熱段的爐氣溫度。并且，操作人員要時刻監控加熱爐爐內坯料位置運行變化、鋼種規格變化的銜接、冷坯和熱坯的交替和爐內熱電偶實時反饋的爐溫溫度等工況。以上工作工人勞動強度大。加熱爐爐溫自動控制系統參考系統內部算法的控制邏輯設定，以爐溫自動控制初始條件進行計算疊加，對不同鋼種、不同規格及不同入爐溫度的軋制計劃坯料所需爐溫目標自動取值，判斷和計算疊加，將最終計算結果下發至加熱爐一級控制，由一級系統自動調整煤氣流量以達到所需的爐氣溫度。并且，加熱爐爐溫自動控制系統有實時反饋功能。按接收到一級反饋的各熱電偶溫度綜合計算得出的當前爐氣溫度，對現有的計算方式進行調整計算。操作人員在目前的工作條件下，無需頻繁手動調整煤氣量的增加和減少，也無需時刻盯著爐內熱電偶實施反饋的爐溫溫度，只需要關注溫度干預窗口的數值，對加熱爐爐溫自動控制系統進行少量人工干預，可實現平穩生產。

結語

總之，自動控制系統網絡集多終端監控、多點位記錄、數據自動記錄、數據統計管理等特點于一體，有效地加強了過程監控的力度，在保證生產過程質量的同時，又大幅提高了工作效率。

參考文獻

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