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钢丝热处理明火炉控制系统的设计及实现

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摘要:钢丝冷加工后,其硬度与强度会越来越高,塑性、韧性明显降低,阻止钢丝进一步形变,所以,钢丝冷加工后,需经过热处理才可以塑性,但热处理需要建立明火炉控制系统。本篇文章是以钢丝热处理明火炉控制系统为切入点,分析其设计与实现。

关键词:钢丝热处理;明火炉控制系统;设计;实现

0引言

热处理炉是工业炉的一种,用于金属制品的生产,决定产品的生产的数量与质量,以及投入的成本,并设计出控制系统,但其存在的问题是:产量、种类变化时不易控制,有高能耗的特点,所以需提高设计的水平与质量,并在实际生产中应用。

1钢丝热处理明火炉控制系统的设计

对钢丝热处理过程中明火的控制,会直接影响最后的生产效率与质量,而控制中会受到很多因素的影响,比如煤气流量、空燃比等,需克服这些因素的影响,提高燃烧率,让钢丝均匀加热。由此,需优化控制系统的设计。

1.1总体结构的设计

该控制系统使用的是两种控制系统,即基础与过程控制,可自动调节炉内温度、压力、空燃比等。整个系统中,基础控制的设计是控制实际操作的设备的运行与远程控制,以现场总线为媒介,和系统的PLC与CPU通讯,而PLC和HMI之间则会用以太网连接,传输数据。过程与基础控制都用工业以太网通讯。同时,其软件设计是把整个系统分成四个部分。第一个是人机交互,动态检测设备的操作,第二个是通信模块,把工艺参数传动到底层设备中,由计算机操作完成,第三个是自动燃烧控制,根据参数与用户提出的要求,决定控制数据,以控制明火的燃烧,第四个是维护知识库[1]。

1.2部分结构的设计

(1)温度控制的设计。该控制系统内有很多变量,如果采用一种控制方式,很难保证系统的稳定,无法把控系统响应花费的时间与精度差,所以,为了达到生产工艺的要求,其会使用PID控制、改进型双交叉限幅控制等,设计温度控制系统。

(2)炉压控制设计。炉压控制是,如果炉压控制不当,冷气会进入燃烧炉,这些冷空气只有加热后才会从炉内排出,增加燃烧系统的负担,且燃料过度消耗,无法控制炉内压力,而炉膛内压力的增加,也会减少明火炉的使用时间。由此,炉压控制系统的设计是用线路把压力控制器、调节发与热处理炉连接,再用压力检测、变动器检测压力值,并把压力指传输到控制站。

(3)控制系统的硬件设计。控制系统使用的硬件包括PLC柜、仪表柜等,其设计方式是:PLC柜有主站与从站之分,包含多个输入与输出的模板,互相配合;仪表柜是使用多个智能手操器,主站与从站会用总线连接,完成数据交换,当控制系统不响应时,可以手动控制。

2钢丝热处理明火炉控制系统设计的实现

工业控制软件在整个控制系统中有非常重要的作用,负责管理、决策与控制,适应不同的环境,搜集并处理数据,并显示在屏幕上,实现人机交互。所以,软件的品质直接影响系统运行的效果,间接影响产品质量,由此,钢丝热处理明火控制系统会实时对数据进行监控,控制明火炉的燃烧[2]。

2.1上位机监控系统的功能

人机交互的进行有利于实现人与计算机的对话,有便捷的操作。其功能实现主要体现在以下几方面:随着生产的进行,实时显示生产过程的数据与设备运行的状态,检测控制参数,及时发出预警并修改信息,确保手动控制与自动控制可随意切换。即整个系统页面会显示各空气调节阀的运行状态,包括预热段、加热垫、均热锻等,查看实际运行的参数,并与设定参数对比,同时,随着情况的变化,选择不同的控制方式。

2.2燃烧控制算法

控制算法模块可以处理采集的数据,根据既定算法运算。其第一次运行后,会按照初始程序的设计,计算控制炉温的周期与流量跟踪周期的参数,输入到计算表中,而为了保证炉温测量参数的准确,会采用三段炉温测量法,设定在30s后,读取测量值。同时,为及时接收升温、降温的指令,定时器设定的时间多为10秒钟。如果炉温的偏差在60°的范围内,使用模糊PID控制与改进型双交叉限幅控制[3]。

2.3热处理明火炉系统的调试

该控制系统是以WinCC系统平台为基础,控制系统的操作,并提高了自动化控制的水平。系统经过调试后,会得到良好的控制效果,自动控制系统,如果各参数被外界干扰,系统能够自动调节,确保明火燃烧达到最佳的状态。

2.3.1钢丝金相组织均匀,提高生产质量

原有的钢丝热处理结束后,钢丝出炉的温差在40°左右,有些温差甚至会超过100°,但钢丝经过明火炉的热加工后,温差可以控制在5°以内,炉内温度平均分布,钢丝的金相组织也更加稳定。

2.3.2缩小钢丝强度的散差

明火炉钢丝热处理后,钢丝的强度虽然有散差,但范围在30MPa以内,明显小于原有钢丝热处理后的强度散差,为后续生产打下基础,使钢丝更具稳定性与耐疲劳性。

2.3.3实现节能减排 

该控制系统运用后,空燃比的比率在1.02到1.1之间,提高了设备的燃烧率,实现节能减排。即实际操作中,可把炉温控制在一定的范围内,控制的温差变小,减少了燃料的使用。同时,它也提高了系统的性能,缩小系统参数的误区,让系统更具优越性。

3结语

热处理明火炉控制系统具有一定的复杂性,其系统设计与功能的实现,可提高系统运行的稳定性,降低各类因素对系统运行的影响,自动控制,提升产品质量,降低能耗,实现了节能减排的要求。但该系统仍需不断调试,进一步完善。

参考文献:

[1]朱清.基于VB的集散式热处理控制系统设计与实现[J].电工技术,2012(06):44-46.

[2]李雪梅,张斌,唐亮.热处理电炉温度网络控制系统的设计与实现[J].信息化纵横,2012(10):46-49.

[3]傅咏虹,周鲜成,王建明.热处理炉的网络控制与管理系统的设计与实现[J].组合机床与自动化加工技术,2012(06):62-63+65.

作者:赵斌 单位:无锡盛力达科技股份有限公司

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