淺析低溫電阻爐的自動控制原理與故障分析方法

王 猛，許 志，馬兆男，王竹葉

(石鋼京誠裝備技術(shù)有限公司，遼寧 營口 115000)

1 電阻爐的現(xiàn)狀和發(fā)展前景

電阻爐是機(jī)械、化工等領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛的設(shè)備，常用于淬火、正火、退火、燒結(jié)等[1]。工件熱處理淬火后一般采用低溫電阻爐進(jìn)行回火。如果電阻爐的精密程度不高，經(jīng)常會出現(xiàn)工件在熱處理后硬度不均勻或達(dá)不到硬度要求的范圍。隨著工業(yè)技術(shù)的日趨成熟，對熱處理的溫度控制提出了更加嚴(yán)格的要求[2-4]。

近年來，經(jīng)過不斷的改進(jìn)，熱處理電阻爐的結(jié)構(gòu)日趨完善，熱處理后工件的性能得到了很大的提高。在電氣控制方面，對于普通電阻爐，傳統(tǒng)上采用接觸器控制來設(shè)定溫度。當(dāng)達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，接觸器立即斷電并轉(zhuǎn)入絕緣保護(hù)狀態(tài)，電阻爐穩(wěn)定工作。當(dāng)溫度降低并低于設(shè)定值時(shí)，斷電接觸器會重新通電，導(dǎo)致接觸器頻繁通斷，使觸點(diǎn)燒損，嚴(yán)重時(shí)會導(dǎo)致短路事故的發(fā)生[5]。然而，隨著組件集成技術(shù)的不斷完善，通過小投資、高性價(jià)比的溫控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)低溫電阻爐電氣控制是一個(gè)長期的發(fā)展趨勢。

2 低溫電阻爐的自動控制原理

低溫電阻爐的溫度控制是以現(xiàn)場的工控機(jī)組態(tài)王軟件和富士PXF5/9控溫儀表為核心，經(jīng)調(diào)功裝置由帶狀電加熱元件向爐內(nèi)供熱，由熱電偶與進(jìn)口智能數(shù)顯溫控表、周波控制器形成閉環(huán)控制，自動控制爐膛溫度。智能溫控儀具有極高的精度、自整定、自適應(yīng)功能，可以在組態(tài)王軟件上設(shè)定溫度曲線，實(shí)現(xiàn)自動運(yùn)行，還可實(shí)現(xiàn)手動控制方式。

低溫電阻爐的自動控制原理如下：根據(jù)傳統(tǒng)的電阻爐要求，電氣系統(tǒng)由變壓器、晶閘管、電阻絲、控制柜、電壓表、電流表等組成，在實(shí)際操作中，可執(zhí)行相關(guān)命令，如對系統(tǒng)控制信號進(jìn)行放大、執(zhí)行等?？衫米儔浩鲗㈦娋W(wǎng)的高壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而獲得系統(tǒng)所需的穩(wěn)定的380V電源。智能儀表控制電阻爐的溫度一般情況下是通過改變晶閘管的導(dǎo)通角，從而控制電阻絲的加熱，采用的方式一般為改變不同的輸出電壓。溫度檢測信號通過熱電偶采集模塊轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的溫度數(shù)字信號，送入智能儀表進(jìn)行控制操作，最后計(jì)算結(jié)果通過送入晶閘管完全可以滿足控制電阻爐溫度的要求。

①石鋼京誠裝備技術(shù)有限公司采用的溫度調(diào)節(jié)器是日本富士公司生產(chǎn)的新產(chǎn)品，型號為PXF5/9，它具有6種控制溫度的功能，智能化和性能都極為先進(jìn)，具有藍(lán)色背景液晶屏，根據(jù)溫度調(diào)節(jié)需要選擇可同時(shí)顯示設(shè)定值、測量值、可以選擇手動、自動功能。②為了得到熱處理監(jiān)控系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化軟件，我們采用北京亞康科技有限公司開發(fā)的現(xiàn)有組態(tài)開發(fā)軟件組態(tài)王，它具有優(yōu)異的開發(fā)界面、強(qiáng)大的功能庫、豐富的庫和控件，簡單的命令編程語言和標(biāo)準(zhǔn)化的通信接口，大大簡化了系統(tǒng)軟件開發(fā)的全過程。采用此標(biāo)準(zhǔn)化軟件應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中可以大大節(jié)省時(shí)間，而且可以保證軟件運(yùn)行過程中的可靠性和穩(wěn)定性，最終方便了設(shè)備的系統(tǒng)維護(hù)。

組態(tài)王(King view)工控軟件是近年來應(yīng)用最為廣泛的諸多組態(tài)軟件之一。它的優(yōu)點(diǎn)相對較多，如價(jià)格優(yōu)惠、操作方便、界面友好、服務(wù)周到等優(yōu)點(diǎn)，已成功應(yīng)用于多個(gè)項(xiàng)目。它是一種在流行的PC機(jī)上建立工業(yè)控制對象人機(jī)界面的智能軟件包。操作平臺上選擇廣泛適用的XP中文操作系統(tǒng)，可以大大發(fā)揮Windows完整的圖形功能、界面一致性好、適于學(xué)習(xí)和使用的優(yōu)點(diǎn)。由于它采用了以PC機(jī)開發(fā)的系統(tǒng)工程，在實(shí)際應(yīng)用中比專用計(jì)算機(jī)開發(fā)的工控系統(tǒng)的適用性更廣泛。通過此種應(yīng)用方法可以大大提高工控軟件開發(fā)人員的工作效率，進(jìn)而可以達(dá)到二次開發(fā)的目的。

周波控制器。 溫度調(diào)節(jié)器輸出直流信號(例如3-20 mA)，周期控制器根據(jù)這個(gè)信號決定每個(gè)操作周期中可控硅輸出的周期數(shù)。如果實(shí)際生產(chǎn)過程中爐溫距離設(shè)定溫度很遠(yuǎn)，溫度顯示控制器的輸出控制信號將會達(dá)到最大。在收到這個(gè)信號后，循環(huán)控制器將打開所有的晶閘管，爐子將上升到最大功率。當(dāng)爐溫接近設(shè)定溫度時(shí)，反映出智能儀表的輸出電流就會降低。例如，當(dāng)它降低到12mA時(shí)，循環(huán)控制器將使晶閘管在其實(shí)際的運(yùn)行周期內(nèi)傳導(dǎo)50%。周期可以設(shè)置為1s，1s內(nèi)包含50個(gè)周期。然后在1s內(nèi)打開25個(gè)循環(huán)，關(guān)閉25個(gè)循環(huán)。如果改變周期，將打開一個(gè)周期，關(guān)閉一個(gè)周期(即兩個(gè)周期)。當(dāng)溫度不斷改變并且接近設(shè)定溫度時(shí)，溫度顯示控制器的輸出電流就會變得越小。循環(huán)控制器將使可控硅在運(yùn)行周期中開啟和關(guān)閉更多。在恒定溫度下，加熱功率可以持續(xù)補(bǔ)充電爐燒損的熱量，使?fàn)t溫保持在設(shè)定溫度。循環(huán)控制器可以控制傳導(dǎo)周期的個(gè)數(shù)，從而可以達(dá)到加熱功率的目的。由于周期控制器具有高頻干擾性小、電磁兼容性好、不能使功率器件集中輸出功率等特點(diǎn)，應(yīng)用范圍很廣。

3 低溫電阻爐的性能

電阻爐可根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要選擇手動和自動控制循環(huán)風(fēng)機(jī)。例如：在低溫爐內(nèi)，采用對流換熱的方式進(jìn)行加熱。在風(fēng)道內(nèi)安裝電加熱元件，通過風(fēng)機(jī)迫使?fàn)t膛內(nèi)空氣循環(huán)，可以達(dá)到加強(qiáng)對流傳熱的效果。設(shè)備的保護(hù)功能非常完備，過壓、過流、短路等設(shè)計(jì)精準(zhǔn)，完全滿足生產(chǎn)需求。

4 低溫電阻爐的故障分析

4.1 案例一：電流表無電流

①首先檢查周波控制器輸出是否正常，用萬用表測量周波控制器的輸出電壓，如輸出電壓正常，則不是周波控制器的故障，如測量周波控制器無電壓輸出，則檢查和更換周波控制器。②檢查可控硅，可控硅是單向?qū)ǖ?，維護(hù)人員粗心大意將可控硅安反后，會導(dǎo)致可控硅不導(dǎo)通，無電流通過，正確的安裝可控硅后，電流表電流正常顯示。

4.2 案例二：周波控制器無法自動工作

①周波控制器與溫控表通信故障，或儀表通訊參數(shù)錯誤，周波控制器本身損壞或線路故障。②風(fēng)機(jī)接觸器故障，由于風(fēng)機(jī)啟動和儀表運(yùn)行有聯(lián)鎖，故當(dāng)風(fēng)機(jī)故障時(shí)，周波控制器無法自動工作。

4.3 案例三：爐門和臺車限位的故障

①操作控制箱上按鈕全部失靈：此時(shí)檢查電源指示燈是否亮；檢查電動推桿上限位開關(guān)狀態(tài)，是否到位，否則限位開關(guān)位置移動或損壞。 ②臺車“到位”后爐門不能動作：此時(shí)需檢查臺車是否進(jìn)到位，限位開關(guān)是否動作或相應(yīng)繼電器指示燈狀態(tài)正確與否；檢查開關(guān)是否損壞或其他線路故障。 ③爐門密封開關(guān)失靈：此時(shí)需檢查爐門限位開關(guān)是否動作，是否損壞及繼電器指示燈狀態(tài)是否正確。 ④臺車出動作失靈：此情況需檢查爐門升限位開關(guān)是否動作，是否損壞及繼電器指示燈狀態(tài)是否正確。

4.4 案例四：通信故障

電阻爐計(jì)算機(jī)通信故障要分類檢查故障原因。故障一般分為以下幾種情況：①個(gè)別儀表通信故障，儀表通訊參數(shù)錯誤、儀表本身損壞或故障儀表線路問題。②全部儀表通信故障，通訊端口選擇錯誤、通訊板卡損壞、通訊插頭內(nèi)短路、掉線或通訊總線路問題。

5 結(jié)束語

通過以上的介紹，我們了解和熟悉了低溫電阻爐的電氣控制原理，同時(shí)也對檢修和維護(hù)電阻爐有了一定的認(rèn)識，在處理電阻爐的故障中，不僅需要具備可控硅的檢修方法，并且要熟悉現(xiàn)場各溫控儀表的相關(guān)控制和操作原理，只有這樣，當(dāng)電阻爐出現(xiàn)電氣故障時(shí)，我們才能快速、準(zhǔn)確的找出故障點(diǎn)，完成設(shè)備的維修工作。