连续式辊底炉热处理生产线自动控制系统

《工业加热》第 卷 年第 期 37 收稿日期：2004-07-09 作者简介：王宏伟（1963- ），男，高级 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 师，现从事工业炉窑 的电气设计. 前 言 我院设计的年产 100万件铝轮毂生产线已于 2000年 顺利投产。该生产线由淬火炉、淬火水槽、时效炉及传 动线组成，生产线电控条件图见图 1。淬火炉工作温度 连续式辊底炉热处理生产线自动控制系统 （中国航空工业规划设计研究院，北京 100011） 摘要: 重点介绍了汽车铝轮毂固溶热处理生产线自动控制系统的设计思路、组成和特点，此生产线为国内首次设计和制造，与 90年 代末进口的国外同类产品相比，控温仪 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 精度更高、功能更齐全、性能更可靠、采用的开关磁阻调速系统优点更明显。 关键词：温度；传动方式；计算机控制 中图分类号：TM924.3；TG155.3 文献标识码：A 文章编号：1002-1639(2004)04-0037-03 WANG Hong-wei （China Aeronautical Project and Design Institute，Beijing 100011, China） This article is emphasized on the design thoughts、 the components and the characters of production line automatic control system of solution heat treatment furnace for automobile aluminum wheel hub, it is first designed and manufactured in china, compared with the same input systems at the end of 90's , the precision of temperature control is higher, the function is more complete and the performance is more creditable, the excellence of switched reluctance motor is more distinct. temperature; driving mode; computer control 图 1 生产线电控条件图 结 语 在炉型设计中，成本、环保和人们的操作习惯等往 往成为选型中的重要因素，如排烟方式的选择，出于传 统的环保观念，人们有时就认为烟囱是不利于环保的，就 有可能选择不经济、不可靠的强制排烟方式；又如出于 成本的考虑，有人就选择对步进炉进行最简单和最便宜 的配置。但是所有选择都必须建立在产品质量和生产效 率的基础上，现代化的大规格铜锭步进式加热炉不仅要 求各单体设备的质量可靠，技术先进，还要通过整套设 备的自动化配置对炉子生产全过程和各子系统进行监控， 从而实现铜锭加热生产的高质、高效和低耗。 加热设备 535 ± 5℃，淬火水槽温度 60 ~ 90℃（自动控制），时效 炉工作温度 155 ± 5 ℃。此生产线为一连续自动生产线， 生产速率要求 15 ~ 60筐/min（速比 1：4）内可调（由轮 《工业加热》第 卷 年第 期 38 毂材料确定）。 控制要求 淬火炉近 35 m长，3.5 m高，2.8 m宽，可装 18个 料筐。淬火炉为连续炉且炉门按生产线速度的要求定时 开启。要保证炉温均匀性在± 5℃之内，除了炉内采取热 风循环外，还必须合理选择风速。根据料筐在炉内的运 行速度（32.5 ~ 130 mm/min）和铝轮毂升温速率要求，把 淬火炉分成 4个加热区，1区作为加热区，在此区域内铝 轮毂由常温加热到设定温度；2，3区为保温区，在此区 域内铝轮毂保持设定温度；4区为过渡区，即一个料筐将 要出淬火炉的区域。1与 2区，3与 4区之间由内炉门隔 开。1，2，3区内各有一台热风循环风机M1 ~ M3，另外 还有一台掺冷风风机M5。 淬火炉为辊道式链传动，包括上料台及淬火料架共 42 m长。料筐在淬火炉的 D1 ~ D4门之间为慢速运行（速度在 32.5 ~ 130 mm/min范围内确定）。为减少热损失，当料筐 由上料台经 D1门进入淬火炉及通过 D2、D3门时要转为快 速。为了使 2、3区的热风循环更为有利，当料筐经过M2、 M3时也要转为快速。由于料筐经过渡区运行到淬火料架并 进入淬火水槽的时间应<20 min，因此，在淬火炉D1 ~ D4 门之间的慢速运行采用交流调速装置，调速电机为M6。在 S1 ~ S5之间还要有超跃离合器及快速运行电机M7 ~ M11。 其中M7 ~ M10为交流电机，M11为变频调速电机。 工件进入淬火水槽前，淬火水槽的温度必须要控制 在 60 ~ 90℃之间，工件进入淬火水槽后会放出大量的热 量，为保证水的温度，必须对水槽的加热器、搅拌电机、 冷却水泵电机及循环水阀进行自动控制，确保水温≤90℃， 以保证工件的硬度及均匀性。待工件在淬火水槽中的停 留时间达到要求后，由淬火水槽提升至传动线上。此传 动线由横向传动链条、纵向传动滚道及驱动机构、传动 电机、光电传感器、行程开关组成。料筐由淬火水槽经 此传动线进入时效炉。 时效炉 22 m长，3.5 m高，2.8 m宽，可装 8个料筐。 一个加热区，一台热风循环风机M4。时效炉传动链每次 按一定的节拍和固定的距离运行，使工件最终在时效炉 中完成热处理的全过程。 控制思路 （1）升温速率和炉温均匀性控制系统设计 如何使控温系统满足升温速率及炉温均匀性的要求 成为控制系统设计的核心问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 。因为要提高系统的静态 精度，应增大放大倍数，但系统增大放大倍数后，由于 系统中惯性的影响，容易使系统发生振荡，为了解决这 一矛盾，使用比例（P）、积分（I）、微分（D）调节器， 作为温度控制的校正工具。选用了英国 EUROTHERM公 司 904P 系列控温仪表。此仪表精度高，为 0.25 级，有 P、I、D逻辑输出，用它来控制调功器的晶闸管过零触发 电路达到控温的目的。晶闸管过零触发电路具有控制精 度高、操作简便、可靠性高等优点。904P有自整定功能， 用它来测定被控环境的温度，以确定 P、I、D参数。904P 还有自适应功能，此功能可连续监测过程偏差，并在系 统受外界扰动时自动分析回路响应，并重新计算出 P、I、 D 参数，此功能非常适用于淬火炉这种多段分区、炉门 经常开启且各区之间温度相互干扰的温度控制系统。另 外，904P 还有程序设置，上、下过冲抑制及冷端输出功 能。当温度超过设定值后，818P 的冷端输出端以 P、I、 D方式输出 4 ~ 20 mA信号来控制掺冷风调节阀，以达到 提高控温精度的目的，其控温系统原理框图见图 2。与此 同时，当淬火炉温度达到 200℃，时效炉温度达到 100℃ 以上时，循环风机可自动转为高速运行。为了加强控温 系统的可靠性，采取了温度控制、报警、 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 三大系统 相互独立的设计。当发生超温故障时，可迅速切断调功 器主回路，并发出“超温故障”声光报警。 图 2 控温系统原理框图 （2）传动控制系统及各种故障报警设计 此生产线为全自动控制生产线，控制回路的可靠性 要求很高，控制点较多，又有光电传感器及光纤传感器 接口。因此选用日本 OMRON公司 C200H可编程控制器 （PLC）来控制风机运转、传动线运行、炉门的开关及各 种故障报警等整个操作系统。此编程器的输入输出单元 可随意组合，有开关量和模拟量输出，可靠性高。此生 产线共用了近 200个输入输出点。 淬火炉调速电机选用开关磁阻电机。开关磁阻电机 调速系统兼有交流调速系统电动机简单坚固、无刷无整 流子的特点，又具有直流调速系统的特性并能构成闭环 控制。此电机控制电路简单，并有输出特性硬、低速特 性好、起动和制动转矩大、在负载和转速大范围变化时 效率较高和适应恶劣工作环境的优点。 淬火炉传动线很长，又要以相同速度运行，根据产 品工艺要求把传动滚道分为 4 段，每段及各段之间有链 条连接并带动滚道转动。要保证 4 段链条同步运行，且 发生断链故障时可发出“断链故障”声光报警。选用了 4 个光纤传感器 PCL1 ~ PCL4，用光纤传感器接收链轮每个 链齿的信号并传送到 PLC机上，在 PLC机上用程序计算 出每个光纤传感器接收相邻链齿的时间，来判断链条是 否运行及各段链条速度是否同步。 料筐进入淬火炉后，要快速通过淬火炉的内门，因 此当料筐压下炉门前的链杆，链杆再带动炉外机构使行 加热设备 《工业加热》第 卷 年第 期 39 程开关动作，然后打开内炉门，内炉门上升到位后，快 速运行电机运行，滚道（S1 ~ S5）由慢速转为快速，使料 筐快速通过内炉门。如果出现内炉门不能打开的故障，而 料筐还在慢速向前运动，这样就会撞坏炉门。我们在 D2 ~ D3炉门前加了两个光电开关 PL1、PL2（日本 OMRON 公司对射式光电开关），当正常运行时光电开关不起作用， 当出现炉门不能打开而料筐又接近炉门这种“程序错误” 时，光电开关把接收到的信号传给 PLC机，PLC机使淬 火炉传动滚道停止转动，并发出声光报警。 由于对淬火时间有特殊要求（< 20 s），为了使料筐 能够平稳地运行到淬火料架上又能保证时间的要求，采 用日本富士 G7S 变频器，由 PLC机与变频器共同配合， 利用变频器的特性来控制变频调速电机M11，使滚道由慢 速转快速并快速运行；待光电开关 PL3接收到料筐信号后 滚道转为慢速；PL4接收到信号后滚道停止；如果料筐过 位，PL5发出信号，PLC机发出“料架过位”报警。 待铝轮毂完成淬火过程后，淬火料架从水槽中上升 到位后，横向传动链条上升；变频调速电机M11和横向传 动电机M12以相同速度运行，使料筐从淬火料架运行到横 向传动链上；PL6接收到信号后，电机M11和M12停止，横 向传动链条下降，纵向传动滚道电机M13运行，使料筐从 横向传动链运行到纵向传动滚道上。用同样的方法，料 筐可运行到时效炉前。 当光电开关 PL9接收到信号后，时效炉前后炉门同时 打开，时效炉传动链条运行。待料筐完全进入时效炉后， 时效炉传动链条停止，时效炉前后炉门关闭。 在编程过程中，还加进了必要的联锁条件，只有满 足整个控制过程的要求，光电及行程开关才起作用。避 免了在生产过程中人为使光电开关误动作故障发生。 （3）计算机监控系统 为了提高系统的可靠性和先进性，在设计中增加了 计算机监控系统，通过通讯接口与智能控温仪表、C200H 可编程控制器、G7S 变频器、开关磁阻电机调速装置等 通讯，通过在计算机中建立的曲线及材质数据库，操作 人员只须将产品型号输入到计算机中，产品的升温工艺 曲线及主传动速率等参数立即下载到控温仪表和调速装 置中，通过可编程控制器将生产线的各工况传送到计算 机中，这样每个料筐在各工位全部显示在计算机上，便 于全程质量管理。 应用效果 经过一段时期的调试及生产表明，此生产线的升温 速率及炉温均匀性达到了设计要求（温度均匀性在设定 值的±5 ℃范围内）。采用交流调速装置的速比可达到 1： 10。完全可以满足年 100万件铝轮毂生产速率的要求。在 模拟各种故障的情况下，报警非常可靠，性能指标超过 了设计要求，用户非常满意。 结 语 此生产线为国内首次设计和制造，与国外 90年代末 进口的同类产品相比，选用的控温仪表精度更高、功能 更齐全、性能更可靠。传动系统采用的开关磁阻调速系 统比国外的直流调速系统优点更明显。根据现场实际情 况确定的联锁及各种报警更加完备，计算机监控系统更 先进，完全可以替代国外进口设备。在汽车工业飞速发 展的今天，具有较高的经济及社会效益。 加热设备 电炉渣的粒化处理——《电 钢》2003，Vol74， No. 1，55~59（日） 日本电弧炉炼钢每年约产生 350万 t的炉渣，虽采取了诸如 粉碎筑炉、掩埋等种种回收处理 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 ，但均不十分理想。最近 日本新日铁公司开发了能够将电炉废渣直接从熔融状态球状的 细小颗粒，用作建筑材料，与传统处理方式相比，大大改善了 炉渣处理的作业环境，显著减轻了工人的劳动强度，并提高了 废物利用的附加价值。介绍了上述电炉渣粒化处理的新工艺与 设备概要。给出了炉渣粒化颗粒的物理化学特性与材料特性。阐 述了炉渣料化处理新工艺的优越性、效果与粒化渣的用途。图 6 表 2 [陈留根 摘] 冶金工业中煤的燃烧利用方法——《 o 》，2003，No.8，32 ~ 38（俄） 煤炭在冶金工业（包括冶金厂用发电）的利用为当今重大 问题。煤炭利用的发展方向仍为煤的气化。介绍新的气化方法 ——熔渣气化法及其半工业性试验结果。该法要点如下：在煤 气发生炉的下部为熔渣池，在侧面渣面之下有喷口喷入富氧空 气，可使渣面呈飞溅状态，熔池下部仍处于静止状态。煤和熔 剂由上方加入。有一部分经过气化带而变成的焦粒会进入到熔 池中，而喷入到熔池中的富氧空气可将其氧化燃烧掉。煤中的 灰分会熔化到熔池中。由发生炉产生的煤气进入锅炉的燃烧室 完全燃烧。该法已经过半工业试验取得成功。和冶金厂锅炉直 接燃烧煤粉相比，该法优点很多，如：煤可直接利用，勿需预 处理；气化装置生产率可调范围很大；污染物（烟尘、CO、硫 化物）排放量可减少；能达到完全燃烧，等。该法可使发电成 本降低。图 2表 2参 9 [郭伯伟 摘] 冷坩埚效率的改善——《电気 钢》，2003，Vol74， No. 1，61~66（日） 冷坩埚感应熔炼炉是专门用于活泼金属和高熔点难熔金属 熔炼的一种特种真空熔炼炉。该炉的最主要特点是坩埚不是由 Al2O3、MgO等陶瓷材料制成，而是由导热性好、冷却性能优的 铜合金材料制成且熔炼过程中被熔化材料不与坩埚相接触，故 可熔制高纯净的稀有金属。针对上述冷坩埚炉效率的提高，就 水冷铜坩埚的截面形状、坩埚壁缝隙的宽度、高度等物理参数 对坩埚内磁通密度与炉子电效率的影响进行了研究，给出了其 研究结果。图 13表 3参 4 [陈留根 摘]