論鋼絲熱處理明火爐控制系統的設計與實現

趙斌

摘 要：鋼絲冷加工后，其硬度與強度會越來越高，塑性、韌性明顯降低，阻止鋼絲進一步形變，所以，鋼絲冷加工后，需經過熱處理才可以塑性，但熱處理需要建立明火爐控制系統。本篇文章是以鋼絲熱處理明火爐控制系統為切入點，分析其設計與實現。

關鍵詞：鋼絲熱處理；明火爐控制系統；設計；實現

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.16.049

0 引言

熱處理爐是工業爐的一種，用于金屬制品的生產，決定產品的生產的數量與質量，以及投入的成本，并設計出控制系統，但其存在的問題是：產量、種類變化時不易控制，有高能耗的特點，所以需提高設計的水平與質量，并在實際生產中應用。

1 鋼絲熱處理明火爐控制系統的設計

對鋼絲熱處理過程中明火的控制，會直接影響最后的生產效率與質量，而控制中會受到很多因素的影響，比如煤氣流量、空燃比等，需克服這些因素的影響，提高燃燒率，讓鋼絲均勻加熱。由此，需優化控制系統的設計。

1.1 總體結構的設計

該控制系統使用的是兩種控制系統，即基礎與過程控制，可自動調節爐內溫度、壓力、空燃比等。整個系統中，基礎控制的設計是控制實際操作的設備的運行與遠程控制，以現場總線為媒介，和系統的PLC與CPU通訊，而PLC和HMI之間則會用以太網連接，傳輸數據。過程與基礎控制都用工業以太網通訊。

同時，其軟件設計是把整個系統分成四個部分。第一個是人機交互，動態檢測設備的操作，第二個是通信模塊，把工藝參數傳動到底層設備中，由計算機操作完成，第三個是自動燃燒控制，根據參數與用戶提出的要求，決定控制數據，以控制明火的燃燒，第四個是維護知識庫[1]。

1.2 部分結構的設計

（1）溫度控制的設計。該控制系統內有很多變量，如果采用一種控制方式，很難保證系統的穩定，無法把控系統響應花費的時間與精度差，所以，為了達到生產工藝的要求，其會使用PID控制、改進型雙交叉限幅控制等，設計溫度控制系統。

（2）爐壓控制設計。爐壓控制是，如果爐壓控制不當，冷氣會進入燃燒爐，這些冷空氣只有加熱后才會從爐內排出，增加燃燒系統的負擔，且燃料過度消耗，無法控制爐內壓力，而爐膛內壓力的增加，也會減少明火爐的使用時間。由此，爐壓控制系統的設計是用線路把壓力控制器、調節發與熱處理爐連接，再用壓力檢測、變動器檢測壓力值，并把壓力指傳輸到控制站。

（3）控制系統的硬件設計。控制系統使用的硬件包括PLC柜、儀表柜等，其設計方式是：PLC柜有主站與從站之分，包含多個輸入與輸出的模板，互相配合；儀表柜是使用多個智能手操器，主站與從站會用總線連接，完成數據交換，當控制系統不響應時，可以手動控制。

2 鋼絲熱處理明火爐控制系統設計的實現

工業控制軟件在整個控制系統中有非常重要的作用，負責管理、決策與控制，適應不同的環境，搜集并處理數據，并顯示在屏幕上，實現人機交互。所以，軟件的品質直接影響系統運行的效果，間接影響產品質量，由此，鋼絲熱處理明火控制系統會實時對數據進行監控，控制明火爐的燃燒[2]。

2.1 上位機監控系統的功能

人機交互的進行有利于實現人與計算機的對話，有便捷的操作。其功能實現主要體現在以下幾方面：隨著生產的進行，實時顯示生產過程的數據與設備運行的狀態，檢測控制參數，及時發出預警并修改信息，確保手動控制與自動控制可隨意切換。即整個系統頁面會顯示各空氣調節閥的運行狀態，包括預熱段、加熱墊、均熱鍛等，查看實際運行的參數，并與設定參數對比，同時，隨著情況的變化，選擇不同的控制方式。

2.2 燃燒控制算法

控制算法模塊可以處理采集的數據，根據既定算法運算。其第一次運行后，會按照初始程序的設計，計算控制爐溫的周期與流量跟蹤周期的參數，輸入到計算表中，而為了保證爐溫測量參數的準確，會采用三段爐溫測量法，設定在30s后，讀取測量值。同時，為及時接收升溫、降溫的指令，定時器設定的時間多為10秒鐘。如果爐溫的偏差在60°的范圍內，使用模糊PID控制與改進型雙交叉限幅控制[3]。

2.3 熱處理明火爐系統的調試

該控制系統是以WinCC系統平臺為基礎，控制系統的操作，并提高了自動化控制的水平。系統經過調試后，會得到良好的控制效果，自動控制系統，如果各參數被外界干擾，系統能夠自動調節，確保明火燃燒達到最佳的狀態。

2.3.1 鋼絲金相組織均勻，提高生產質量

原有的鋼絲熱處理結束后，鋼絲出爐的溫差在40°左右，有些溫差甚至會超過100°，但鋼絲經過明火爐的熱加工后，溫差可以控制在5°以內，爐內溫度平均分布，鋼絲的金相組織也更加穩定。

2.3.2 縮小鋼絲強度的散差

明火爐鋼絲熱處理后，鋼絲的強度雖然有散差，但范圍在30MPa以內，明顯小于原有鋼絲熱處理后的強度散差，為后續生產打下基礎，使鋼絲更具穩定性與耐疲勞性。

2.3.3 實現節能減排

該控制系統運用后，空燃比的比率在1.02到1.1之間，提高了設備的燃燒率，實現節能減排。即實際操作中，可把爐溫控制在一定的范圍內，控制的溫差變小，減少了燃料的使用。同時，它也提高了系統的性能，縮小系統參數的誤區，讓系統更具優越性。

3 結語

熱處理明火爐控制系統具有一定的復雜性，其系統設計與功能的實現，可提高系統運行的穩定性，降低各類因素對系統運行的影響，自動控制，提升產品質量，降低能耗，實現了節能減排的要求。但該系統仍需不斷調試，進一步完善。

參考文獻：

[1]朱清.基于VB的集散式熱處理控制系統設計與實現[J].電工技術，2012（06）：44-46.

[2]李雪梅，張斌，唐亮.熱處理電爐溫度網絡控制系統的設計與實現[J].信息化縱橫，2012（10）：46-49.

[3]傅詠虹，周鮮成，王建明.熱處理爐的網絡控制與管理系統的設計與實現[J].組合機床與自動化加工技術，2012（06）：62-63+65.