電氣系統(tǒng)在QSN750光譜儀真空系統(tǒng)中的設(shè)計與應(yīng)用

(石橫特鋼集團(tuán)有限公司，肥城 271612)

經(jīng)驗交流

電氣系統(tǒng)在QSN750光譜儀真空系統(tǒng)中的設(shè)計與應(yīng)用

師宇

(石橫特鋼集團(tuán)有限公司，肥城 271612)

基于電氣系統(tǒng)在QSN750光譜儀真空系統(tǒng)中的應(yīng)用，有效解決了真空泵漏氣問題，該系統(tǒng)簡單、實用，實施簡單，運行可靠穩(wěn)定，徹底解決因真空泵漏氣而影響儀器的使用，同時，也解決了因真空泵采購周期長影響煉鋼生產(chǎn)的問題。

光譜儀 真空泵 真空閥 電氣

1 設(shè)計背景

QSN750-II型光譜儀為德國OBLF公司生產(chǎn)，用于煉鋼爐前化驗分析，主要以C、S、Si、Mn、P五大元素為主，該儀器在我公司2013年入廠，自2016年12月份該儀器真空泵啟動頻繁，每隔幾分鐘啟動一次，嚴(yán)重影響了儀器的分析，由于真空泵啟動次數(shù)多，真空泵電機(jī)發(fā)熱，泵上方的真空室溫度偏高，造成真空室內(nèi)光學(xué)器件性能發(fā)生變化，光學(xué)特性不穩(wěn)定，光路發(fā)生偏離，導(dǎo)致分析數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，嚴(yán)重影響了煉鋼爐前取樣分析及煉鋼生產(chǎn)，由于此真空泵只能從國外進(jìn)口，而且需要專門定制，供貨周期至少18周，周期長，為此，更換新泵這種方案不可行。經(jīng)對出現(xiàn)的故障進(jìn)行反復(fù)分析和研究，確定為真空泵內(nèi)部止回閥出現(xiàn)關(guān)閉不到位的現(xiàn)象，進(jìn)而出現(xiàn)漏氣，經(jīng)對該QSN750-II型真空系統(tǒng)與QSN750型儀器真空系統(tǒng)進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn)，該儀器無真空泵電磁閥。

2 設(shè)計原理

2.1 工作原理

QSN750型儀器的真空系統(tǒng)工作原理為當(dāng)真空值低于當(dāng)前真空值的0.5時，真空泵啟動，真空泵工作5秒后，先將真空泵與真空閥之間的管路抽真空，真空閥得電打開，此時開始將整個真空系統(tǒng)抽真空，真空值上升，當(dāng)真空泵工作設(shè)定的300秒后，真空閥停止，真空泵仍在工作，真空閥停止5秒后，真空泵停止，工作結(jié)束。

2.2 設(shè)計思路

QSN750-II型儀器與QSN750型儀器不同，該儀器無真空閥，為防止返流確保真空系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，按照QSN750型儀器的真空系統(tǒng)的配置標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)增加真空閥，同時應(yīng)在主控制器設(shè)置程序，但由于此儀器為德國進(jìn)口，內(nèi)部芯片加密，無法實施，最有效快速的辦法為通過增加外部電路的方法實現(xiàn)此功能，目前外部電路可以有兩種方案，方案一，可通過西門子PLC S7-200實現(xiàn)內(nèi)部程序的編制實現(xiàn)，可減少時間繼電器，器件使用較少，但需要編程器、專用軟件，實施難度大，價值貴；方案二，可通過將普通時間繼電器、接觸器等進(jìn)行線路連接即可完成，此優(yōu)點為器件方便易找，費用低，實施簡單。從方案實施的可行性分析、實施難易程度、可靠性及經(jīng)濟(jì)性等考慮，方案一為最為經(jīng)濟(jì)、可靠、可行性高。圖1為光譜儀真空系統(tǒng)圖，圖2為光譜儀真空系統(tǒng)邏輯時序圖。

圖1 光譜儀真空系統(tǒng)圖

圖2 光譜儀真空系統(tǒng)邏輯時序圖

2.3 設(shè)計方案

(1)由于接觸器線圈功率小，當(dāng)接觸器線圈瞬間失電后，接觸器線圈有較大的反電動勢存在，線圈內(nèi)有電流存在，觸點繼續(xù)保持，沒有斷開，為此，給線圈并聯(lián)一個風(fēng)機(jī)，增加一個負(fù)載，以便當(dāng)線圈失電后，消耗電能，使其釋放。

(2)器件設(shè)計選型

真空閥選用高性能電磁閥，得電打開，失電關(guān)閉，接觸器選用施耐德品牌，時間繼電器為普通繼電器即可滿足要求。

(3)控制過程

外部電路電源單獨引入，光譜儀控制器控制總接觸器KM1，當(dāng)需要真空值降低到低于目前真空值的0.5時，光譜儀ST2閉合，接觸器KM1得電，

KM1常開點閉合，真空泵啟動，時間繼電器KT1得電，延時閉合，接觸器KM3得電，真空閥得電打開，開始抽真空，當(dāng)泵運行300s后，光譜儀ST2斷開，接觸器KM1失電，時間繼電器KT1失電，接觸器KM3失電，真空閥失電關(guān)閉，KM1失電后，真空泵KM1常開觸點斷開，但真空泵由于有KM2閉合仍在工作，KM1的常閉點恢復(fù)，KT2得電，延時閉合,線圈KM2得電，常閉點KM2斷開，真空泵停止，一個工作循環(huán)完成。真空泵、真空閥控制電路圖如圖3所示。

圖3 真空泵、真空閥控制電路圖

2.4 系統(tǒng)調(diào)試

本系統(tǒng)設(shè)計完成后，進(jìn)行了上電調(diào)試，當(dāng)光譜儀ST2斷開后，接觸器KM1失電當(dāng)不釋放，真空泵仍然工作，經(jīng)分析，KM1在瞬間失電后，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，線圈在失電瞬間將產(chǎn)生反電動勢，使線圈繼續(xù)帶電，無法釋放，為此，應(yīng)將線圈電流釋放掉，在線圈失電瞬間使線圈電流消耗掉，可通過在線圈兩端并聯(lián)負(fù)載使電流消耗掉，可將儀器風(fēng)扇與線圈并聯(lián)，解決了風(fēng)扇的電源問題，也以節(jié)電，不用單獨增加負(fù)載，該風(fēng)扇在真空泵開啟的時候工作，關(guān)閉時停止，解決了真空泵開啟時的發(fā)熱問題，儀器的熱源和溫升的主要原因為真空泵抽真空時發(fā)出的熱量，從控制上解決了熱源的根源，無需使風(fēng)扇一直工作，通過并聯(lián)風(fēng)扇，接觸器線圈電壓得到釋放，系統(tǒng)正常工作，另外，通過對同類型的光譜儀的真空泵與真空閥的間隔時間的測算，大約在5秒左右，為此，將該系統(tǒng)的時間繼電器設(shè)置為5秒。

3 使用效果

本系統(tǒng)設(shè)計完成后投入使用，徹底解決了因真空泵故障產(chǎn)生的漏氣現(xiàn)象，系統(tǒng)運行可靠，真空值數(shù)值穩(wěn)定，而且真空值的下降速率較以前更低，分析數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠，確保了爐前化驗分析的要求。項目實施前后的數(shù)據(jù)對比見表1、表2。

表1 本項目實施前、后真空值及效率對比表

表2 本項目實施前、后標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)對比表

續(xù)表2

項目實施后真空值效率降低到5%的正常范圍內(nèi)，真空值的正常范圍不低于0.7，實施后始終處于正常狀態(tài)，真空泵工作的間隔時間更長，真空狀態(tài)更穩(wěn)定，主要元素C、SI、MN、P的標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)均有所改善。

4 結(jié)論

本系統(tǒng)在全國OBLF光譜儀的真空泵漏氣故障處理中是一種簡便易行的處理方案可選擇應(yīng)用，同時也是將電氣系統(tǒng)與光譜儀相結(jié)合的方法，更換新泵實施速度快、效率高，確保了儀器的使用，為煉鋼生產(chǎn)爭取了寶貴時間，避免了損失。

ElectricalsystemdesignforthevacuumsystemofQSN750spectrometer.

ShiYu

(ShihengSpecialSteelGroupCo.,Ltd.,Feicheng271612,China)

Because of the application of electrical system in vacuum system of QSN750 spectrometer, the problem of the vacuum pump leakage was solved. The system is simple and practical.

spectrometer； vacuum pump； vacuum valve； electricity

10.3969/j.issn.1001-232x.2017.05.029

2017-05-25

師宇，男，1980年出生，工程師，現(xiàn)從事工業(yè)自動化及儀器儀表行業(yè)，E-mail:66377369@qq.com。