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热处理连续炉工艺控制方法 |
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作者：格特拉克 王陆军 |
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热处理工艺控制已经从传统的依靠热工仪表监测工艺曲线、人工操作、中途检测试块并依据检测结果调整工艺参数进行控制，向着完全自动化、智能化、精密化的方面发展。设备控制精度的提高和计算机控制技术的应用使得工艺稳定性、重现性得到极大的改善，从而使产品质量能够得到更好的保证。下面以爱协林连续炉为例介绍热处理连续炉的工艺控制方法。
一、连续炉的控制原理与方法
热处理工艺控制的参数很多，主要是温度、时间、碳势气氛的控制和气体流量，影响冷却速度的相关因素如电机搅拌速度、搅拌时间等，气体压力、炉压及设备动作方面的控制。
爱协林连续炉的控制系统主要由外电路控制系统、PLC可编程控制器、操作台（SIEMENS-MP377）三大部分组合成一套完整的集散式的控制模式。外电路控制系统可分为两路控制：一路是加热系统，控制主炉各区加热区、强渗区、扩散区，预氧化炉、回火炉、淬火油加热系统，以及前清洗室与后清洗室的水温加热及烘干系统的加热；另一路是动作控制系统，通过电动机、泵、阀实现控制料盘在轨道上的运动与停止、前进与后退、上升与下降，以及风扇的打开与关停，水量油量不足时补水补油。为保证安全性，每个动作都设置了运行条件，有些动作是互锁的，通过PLC可编程控制器来实现。操作台支持在线控制时采用西门子SIEMENS-MP377实现了人性化的操作控制，通过联机使PC上位机可以实现监控连续炉的运行情况。
二、连续炉控制系统特点
爱协林连续炉控制系统由上述三大部分组合成完整的控制模式，通过MP377的扩展功能，可实现4个层级的控制。主控制电柜安装由外电路控制和PLC可编程控制器组成的调整用控制系统，是最基础、传统的第一层级控制。操作台（含按键开关及MP377）属第二层级，利用MP377控制模块的强大功能实现了对连续炉的在线直接控制。PC上位机通过MP377支持的扩展功能，联机实现了对连续炉的监控，是第三层级。利用网络PC机还可实现对连续炉的远程监测与控制，是第四层级，主要用于支持软件编程，实时观察炉子的运行情况与历史记录，考虑到安全性，远程控制一般不支持直接控制炉子的动作，不宜在线实时修改工艺参数指令。
1. 主控制电柜
如上所述安装在主控制电柜内的PLC可编程控制器和外电路组成调整用控制系统，在主控制电柜的面板上，对应各控温区、碳势控制点设有独立的仪表。通过主控制电柜面板上的仪表可以非常方便地进行各种工艺参数的设置：如温度、碳势的设定，各种工作状态查询、记录曲线的监视，以及温度、碳势的控制。
另外，在主控制电柜的面板上还设有必要的电流表、电压表、指示灯、按钮和开关，通过观察三相电流表可提示当前的三相负载状态，通过开关按键控制各区的工作状态。通常通过定碳片检测炉内碳势与炉子利用氧探头测定的碳势，显示值存在差异且复测结果仍存在差异时，需要通过修正主控制电柜上的碳控仪设定值来校对。同样使用标准测温仪校对炉内温度测量值与炉子利用热电偶测定的温度，显示值有偏差时也要通过修改温控表的设置进行校正。
2. 操作台
操作台为台式钢结构件，一般安装在整条生产线的上料位置附近，以方便操作。在操作台面板上设置了SIEMENS-MP377人机操作面板，能够显示当前设备动作过程，运行状态、位置，过程周期时间，以及每个区域当前的工步等，料盘属性信息可显示此料盘的全部过程信息。SIEMENS-MP377操作面板通过接口与PLC及仪表进行通信，非常人性化的界面通过工艺控制实现各工艺参数的设定（如推盘周期时间、各区温度、碳势、工件前后清洗浸泡时间、水温设定、工件淋水时间、工件淋油时间等），通过淬火工艺可设定工件淬火时间、淬火油温度、电动机搅拌速度及时间等淬火工艺参数。通过设备控制实现对风扇、泵、阀及加热手动或自动开关的控制。通过步骤链控制实现调整模式、手动模式、自动模式、启动条件、自动开关等的控制。基本位置分自动总启动、SS1区（后清洗及回火炉）、SS2区（淬火油槽）、SS3区（主炉整个加热强渗扩散区）、SS4区（上料台及预氧化炉），设置了共320项启动条件及基本位置，所有条件都满足后才可以启动自动运行，通过鼠标或直接触摸显示屏逐页（共9页）检查各项条件是否全部OK（显示绿色，重点关注红色项，及时处理）。
重要工艺参数温度和碳势各自独立设置了温度控制与碳势控制，详细显示各控制点的设定值和实际值与上下偏差值。为了保障安全，针对甲醇丙酮化学危险品，只有每项供气条件都显示OK（得到满足）才可以开始供送气体，降温、停炉、保温时要及时停止气体供应，需要人工操作打开或关闭阀门，这点必须特别注意。系统在突然停电或温度降至760℃以下时会自动打开安全氮气开关置换炉内气氛，以保证安全。工艺控制通过程序模式设定可以编辑、修改、更改及保存，装载程序实现直接在现场控制，这种即使PC机故障时，设备仍然可以继续工作的控制模式，确保了设备的高可控性。
3. 上位PC机
上位PC机（见图）通过工艺编程输入工艺参数联机导入操作台，实现对工艺的控制。利用PC机大容量储存器的功能，上位PC机更大的作用是对历史数据的保留与查询，由于上位PC机一般安装在带空调的主控室内，也方便管理人员和操作人员实时监控炉内生产状况。编程软件主要内容包括系统总览、工艺参数、故障报警、数据记录、过程参数、料盘跟踪、离线仿真、口令管理、系统帮助和退出。通过总览界面可以观察连续炉的整个状态，出现故障报警及时到相应的区域现场处理，或在线处理后还需要到现场再确认。点击对应料盘可以了解此料盘的全部生产过程信息，查询生产记录，工件数据可以查询全部历史数据。
上位PC机控制界面
4. 网络远程控制
用户PC机可通过网络与上位控制PC机相连，管理人员可以在办公室内随时查询和修改生产过程中的各种工艺、生产数据，以便更好地指导和管理生产。为了安全起见，大多仅使用查询功能或不支持采用，要求直接到现场解决问题。热处理连续炉制造商也可以通过网络在线观测炉子的使用情况，还可以对软件程序进行升级完善。
三、结语
热处理连续炉控制系统集成了机械原理、电气原理、软件控制技术，融合了电工学、物理学、热学、热力学、化学和热处理相关知识，多学科交叉复合，综合性很强。采用PLC可编程控制器、SIEMENS-MP377控制系统、PC计算机控制，控制精度高，可靠性高。
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(2/23/2013) |
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