等靜壓脫氣爐自動控溫系統及計算機監控系統設計

王虎成 /中色（寧夏）東方集團有限公司

等靜壓脫氣爐自動控溫系統及計算機監控系統設計

王虎成 /中色（寧夏）東方集團有限公司

本文主要是講述了在等靜壓工藝中基于智能化溫控和MCGS組態監控系統所組成的控制系統。

脫氣爐；溫控系統；RS-485現場總線；MCGS組態軟件

前言

脫氣處理是鈹材加工中重要工序之一，脫氣爐的控制水平在整個鈹材質量控制過程中，具有舉足輕重的地位，針對等靜壓工藝的現狀和工藝要求，我們設計了三臺脫氣爐溫度控制柜，采用智能加熱程序，實現升溫的自動化，控溫準確，為鈹材產品加工提供了準確的環境和依據。該系統具有操作方便、精度高、可靠性好等特點。

脫氣凈度對鈹材的力學性能，延伸率有明顯的影響，鈹粉加熱時，一般有兩個放氣高峰，人工記錄，有時無法捕捉到放氣高峰，記錄誤差大，因此工藝人員一直無法得到鈹材脫氣溫度和放氣量之間準確的關系，為此，我們設計了等靜壓工藝計算機監控系統，通過組態軟件，從工藝曲線的歷史數據庫為科研人員從保溫時間、保溫溫度、真空度、鈹粉坯漏氣速率、脫氣時間等的研究提供了一個平臺。

一、技術要求：

三臺脫氣爐溫度控制系統具體技術要求如下

●額定輸出功率：30KW 一臺，45KW 兩臺 爐絲星結，晶閘管控制

●溫控區（點）：1個，控溫精度：±2℃，工藝可編程控制

保護功能：除常規的斷路器、快速融斷器保護功能外，系統具有完善的報警功能，如：過流、過溫保護，缺相/電源故障、斷偶報警，門開關保護。

等靜壓工藝計算機監控系統技術要求：

●脫氣爐的溫度、真空信號實現計算機采集、記錄、存儲；繪制工藝實時及歷史曲線；按照工藝人員要求可查詢、打印批次報表；實現各級報警功能；

●等靜壓大缸三個區溫度、電流、電壓信號和大缸壓力信號10個信號，小缸上下兩區溫度、電流、電壓信號和小缸壓力信號7個信號，實現計算機采集、記錄、存儲；繪制實時及歷史曲線；滿足查詢、打印批次報表；實現各級報警功能。

二、總體設計思路、系統的設計方案

（一）脫氣爐自動控溫系統設計

采用可編程序溫度控制器作為控制核心，配有宇光AL808P工業調節器做超溫監測儀表；由三路雙向可控硅反相并聯及三相觸發板構成輸出元件。按照爐子的功率，選配合適電氣控制及保護電路。溫度閉環回路的工作原理為：溫度控制器通過熱電偶采集爐體內的溫度與設定溫度比較后，再經過PID運算后輸出4～20mA信號控制觸發板。觸發板接受溫度控制器輸出的4～20mA后，對其進行處理，輸出一組脈沖觸發可控硅，以改變可控硅的導通時間，從而改變加熱器兩端的電壓，其大小受溫控器輸出信號線性控制。當溫度控制器輸出 4mA，加熱器兩端的電壓為零；當溫度控制器輸出 20mA，加熱器兩端的電壓為220V；經此閉環控制，爐內溫度可精確達到設定點。

（二）計算機監控系統設計

該系統由計算機、RS-485通訊轉接口、熱偶輸入模塊、摸擬量輸入模塊等組成。計算機采用研華工控機，作為系統的上位機，通過RS-485現場總線與各IO模塊通訊，實現控溫過程中溫度曲線、真空度、功率曲線的自動記錄，選配模擬量輸出模塊，真空模擬量輸出模塊，使脫氣爐的溫度、真空信號，通過模擬量輸入模塊采集到計算機；等靜壓大缸三個區溫度、電流、電壓信號和大缸壓力信號10個信號，小缸上下兩區溫度、電流、電壓信號和小缸壓力信號7個信號，實現計算機采集、記錄、存儲；繪制實時及歷史曲線；可按照要求查詢、打印批次報表；實現各級報警功能。摸擬量輸入模塊采集熱偶信號、真空信號，完成爐溫及真空的測量。具體如下：

1.三臺脫氣爐的溫度儀表和真空計加裝4-20Ma模擬量輸出模塊；用一塊研華模擬量輸入模塊采集六個模擬量信號，用一根通訊線接入計算機中。

2.等靜壓大缸、小缸加熱電流和電壓用電力采集模塊采集，采用兩個模塊，等靜壓大缸、小缸的壓力信號直接送到一個研華八通道數據采集模塊上。

3.等靜壓大缸三塊歐陸903P溫度表和等靜壓小缸兩塊歐陸2404智能溫度控制器，因為沒有RS485通訊口，遂選用ADAM-4000系列的熱電偶輸入模塊來采集大缸、小缸的溫度信號。

組態軟件采用北京昆侖通態的MCGS組態，通過編程開發，使應用程序具有動態顯示參數，選擇與設定參數、實時運行曲線、歷史曲線、各種報表和各級報警功能等。人機界面主要由以下窗口組成：

◆電爐工藝： 顯示各電爐已裝載的工藝，在顯示工藝的基礎之上，可修改﹑重裝電爐工藝，并可起動電爐投入運行。

◆顯示溫度儀表模擬盤，可同時顯示各儀表的溫度和工作狀態及包套真空度。

◆實時運行曲線 ：動態顯示電爐運行時的溫度變化。可以同時顯示功率曲線。若在電爐配置中允許記錄工藝設定曲線，則可以同時顯示工藝曲線。

◆運行參數表 ：動態顯示當前電爐運行過程中的各種參數，包括電爐參數﹑溫度參數、真空參數。

◆事件記錄表 ： 顯示電爐運行過程中各種報警事件的發生時間、報警事件名稱等信息。

◆工藝數據查詢功能，技術人員只要輸入產品的批次號，就可以查到次批材產品的升溫、抽真空等工藝數據。

◆程序具有完善的報警功能。包括出爐預報警、提前出爐報警、運行中斷、儀表通訊異常、缺相/電源故障、斷偶報警等事件。各種報警通過報警鈴聲的不同﹑響/停時間間隔加以區分，并記錄在事件表中。

◆歷史數據報表：根據工藝技術人員的要求，合理編制歷史數據報表，為科研人員從保溫時間、保溫溫度、真空度、鈹粉坯漏氣速率、脫氣時間等工藝參數方面提供研究依據。

三、經濟效益額的計算依據

●通過改進工藝，縮短鈹產品的保溫和加熱時間，從而節約能源，每爐次比過去縮短加熱時間5小時，每爐將節約電能：200度電，每年加熱500爐次，每度電按0.5元計算，1年節約電費5萬元。

●因為工藝的穩定，使產品的質量得到保證，提高了產品的生產率。

社會效益：

該系統完成技術改造后，在實際生產中發揮了重要的作用，通過改造前后的質量檢測比較，設備故障率比較，計算機自動監測控制系統對于提高生產的自動化程度，保證產品質量，降低工人勞動強度，改善操作條件，提高勞動效率，維護安全生產都起到了積極的作用，通過提高生產自動化水平，降低了人為誤操作的可能性，提高鈹產品的生產率及產品質量有助于工藝人員的進一步的工藝創新，增強其在國際、國內市場上的競爭力，取得了顯著的經濟效益和社會效益。