格特拉克（江西）傳動(dòng)系統(tǒng)有限公司 （南昌 330013） 王陸軍

熱處理工藝控制已經(jīng)從傳統(tǒng)的依靠熱工儀表監(jiān)測(cè)工藝曲線、人工操作、中途檢測(cè)試塊并依據(jù)檢測(cè)結(jié)果調(diào)整工藝參數(shù)進(jìn)行控制，向著完全自動(dòng)化、智能化、精密化的方面發(fā)展。設(shè)備控制精度的提高和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的應(yīng)用使得工藝穩(wěn)定性、重現(xiàn)性得到極大的改善，從而使產(chǎn)品質(zhì)量能夠得到更好的保證。下面以愛協(xié)林連續(xù)爐為例介紹熱處理連續(xù)爐的工藝控制方法。

一、連續(xù)爐的控制原理與方法

熱處理工藝控制的參數(shù)很多，主要是溫度、時(shí)間、碳勢(shì)氣氛的控制和氣體流量，影響冷卻速度的相關(guān)因素如電機(jī)攪拌速度、攪拌時(shí)間等，氣體壓力、爐壓及設(shè)備動(dòng)作方面的控制。

愛協(xié)林連續(xù)爐的控制系統(tǒng)主要由外電路控制系統(tǒng)、PLC可編程控制器、操作臺(tái)（SIEMENSMP377）三大部分組合成一套完整的集散式的控制模式。外電路控制系統(tǒng)可分為兩路控制：一路是加熱系統(tǒng)，控制主爐各區(qū)加熱區(qū)、強(qiáng)滲區(qū)、擴(kuò)散區(qū)，預(yù)氧化爐、回火爐、淬火油加熱系統(tǒng)，以及前清洗室與后清洗室的水溫加熱及烘干系統(tǒng)的加熱；另一路是動(dòng)作控制系統(tǒng)，通過電動(dòng)機(jī)、泵、閥實(shí)現(xiàn)控制料盤在軌道上的運(yùn)動(dòng)與停止、前進(jìn)與后退、上升與下降，以及風(fēng)扇的打開與關(guān)停，水量油量不足時(shí)補(bǔ)水補(bǔ)油。為保證安全性，每個(gè)動(dòng)作都設(shè)置了運(yùn)行條件，有些動(dòng)作是互鎖的，通過PLC可編程控制器來實(shí)現(xiàn)。操作臺(tái)支持在線控制時(shí)采用西門子SIEMENS-MP377實(shí)現(xiàn)了人性化的操作控制，通過聯(lián)機(jī)使PC上位機(jī)可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)控連續(xù)爐的運(yùn)行情況。

二、連續(xù)爐控制系統(tǒng)特點(diǎn)

愛協(xié)林連續(xù)爐控制系統(tǒng)由上述三大部分組合成完整的控制模式，通過MP377的擴(kuò)展功能，可實(shí)現(xiàn)4個(gè)層級(jí)的控制。主控制電柜安裝由外電路控制和PLC可編程控制器組成的調(diào)整用控制系統(tǒng)，是最基礎(chǔ)、傳統(tǒng)的第一層級(jí)控制。操作臺(tái)（含按鍵開關(guān)及MP377）屬第二層級(jí)，利用MP377控制模塊的強(qiáng)大功能實(shí)現(xiàn)了對(duì)連續(xù)爐的在線直接控制。PC上位機(jī)通過MP377支持的擴(kuò)展功能，聯(lián)機(jī)實(shí)現(xiàn)了對(duì)連續(xù)爐的監(jiān)控，是第三層級(jí)。利用網(wǎng)絡(luò)PC機(jī)還可實(shí)現(xiàn)對(duì)連續(xù)爐的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與控制，是第四層級(jí)，主要用于支持軟件編程，實(shí)時(shí)觀察爐子的運(yùn)行情況與歷史記錄，考慮到安全性，遠(yuǎn)程控制一般不支持直接控制爐子的動(dòng)作，不宜在線實(shí)時(shí)修改工藝參數(shù)指令。

1.主控制電柜

如上所述安裝在主控制電柜內(nèi)的PLC可編程控制器和外電路組成調(diào)整用控制系統(tǒng)，在主控制電柜（見圖1）的面板上，對(duì)應(yīng)各控溫區(qū)、碳勢(shì)控制點(diǎn)設(shè)有獨(dú)立的儀表。通過主控制電柜面板上的儀表可以非常方便地進(jìn)行各種工藝參數(shù)的設(shè)置：如溫度、碳勢(shì)的設(shè)定，各種工作狀態(tài)查詢、記錄曲線的監(jiān)視，以及溫度、碳勢(shì)的控制。

圖1 主控制電柜

另外，在主控制電柜的面板上還設(shè)有必要的電流表、電壓表、指示燈、按鈕和開關(guān)，通過觀察三相電流表可提示當(dāng)前的三相負(fù)載狀態(tài)，通過開關(guān)按鍵控制各區(qū)的工作狀態(tài)。通常通過定碳片檢測(cè)爐內(nèi)碳勢(shì)與爐子利用氧探頭測(cè)定的碳勢(shì)，顯示值存在差異且復(fù)測(cè)結(jié)果仍存在差異時(shí)，需要通過修正主控制電柜上的碳控儀（見圖2）設(shè)定值來校對(duì)。同樣使用標(biāo)準(zhǔn)測(cè)溫儀校對(duì)爐內(nèi)溫度測(cè)量值與爐子利用熱電偶測(cè)定的溫度，顯示值有偏差時(shí)也要通過修改溫控表（見圖3）的設(shè)置進(jìn)行校正。

圖2 碳控儀

圖3 溫控表

2.操作臺(tái)

操作臺(tái)（見圖4）為臺(tái)式鋼結(jié)構(gòu)件，一般安裝在整條生產(chǎn)線的上料位置附近，以方便操作。在操作臺(tái)面板上設(shè)置了SIEMENS-MP377人機(jī)操作面板（見圖5），能夠顯示當(dāng)前設(shè)備動(dòng)作過程，運(yùn)行狀態(tài)、位置，過程周期時(shí)間，以及每個(gè)區(qū)域當(dāng)前的工步等，料盤屬性信息可顯示此料盤的全部過程信息。SIEMENS-MP377操作面板通過接口與PLC及儀表進(jìn)行通信，非常人性化的界面通過工藝控制實(shí)現(xiàn)各工藝參數(shù)的設(shè)定（如推盤周期時(shí)間、各區(qū)溫度、碳勢(shì)、工件前后清洗浸泡時(shí)間、水溫設(shè)定、工件淋水時(shí)間、工件淋油時(shí)間等），通過淬火工藝可設(shè)定工件淬火時(shí)間、淬火油溫度、電動(dòng)機(jī)攪拌速度及時(shí)間等淬火工藝參數(shù)。通過設(shè)備控制實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)扇、泵、閥及加熱手動(dòng)或自動(dòng)開關(guān)的控制。通過步驟鏈控制實(shí)現(xiàn)調(diào)整模式、手動(dòng)模式、自動(dòng)模式、啟動(dòng)條件、自動(dòng)開關(guān)等的控制?；疚恢梅肿詣?dòng)總啟動(dòng)、SS1區(qū)（后清洗及回火爐）、SS2區(qū)（淬火油槽）、SS3區(qū)（主爐整個(gè)加熱強(qiáng)滲擴(kuò)散區(qū)）、SS4區(qū)（上料臺(tái)及預(yù)氧化爐），設(shè)置了共320項(xiàng)啟動(dòng)條件及基本位置，所有條件都滿足后才可以啟動(dòng)自動(dòng)運(yùn)行，通過鼠標(biāo)或直接觸摸顯示屏逐頁（共9頁）檢查各項(xiàng)條件是否全部OK（顯示綠色，重點(diǎn)關(guān)注紅色項(xiàng)，及時(shí)處理）。

重要工藝參數(shù)溫度和碳勢(shì)各自獨(dú)立設(shè)置了溫度控制與碳勢(shì)控制，詳細(xì)顯示各控制點(diǎn)的設(shè)定值和實(shí)際值與上下偏差值。為了保障安全，針對(duì)甲醇丙酮化學(xué)危險(xiǎn)品，只有每項(xiàng)供氣條件都顯示OK（得到滿足）才可以開始供送氣體，降溫、停爐、保溫時(shí)要及時(shí)停止氣體供應(yīng)，需要人工操作打開或關(guān)閉閥門，這點(diǎn)必須特別注意。系統(tǒng)在突然停電或溫度降至760℃以下時(shí)會(huì)自動(dòng)打開安全氮?dú)忾_關(guān)置換爐內(nèi)氣氛，以保證安全。工藝控制通過程序模式設(shè)定可以編輯、修改、更改及保存，裝載程序?qū)崿F(xiàn)直接在現(xiàn)場(chǎng)控制，這種即使PC機(jī)故障時(shí)，設(shè)備仍然可以繼續(xù)工作的控制模式，確保了設(shè)備的高可控性。

圖4 操作臺(tái)

圖5 SIEMENS-MP377操作界面

3.上位PC機(jī)

上位PC機(jī)（見圖6）通過工藝編程輸入工藝參數(shù)聯(lián)機(jī)導(dǎo)入操作臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工藝的控制。利用PC機(jī)大容量?jī)?chǔ)存器的功能，上位PC機(jī)更大的作用是對(duì)歷史數(shù)據(jù)的保留與查詢，由于上位PC機(jī)一般安裝在帶空調(diào)的主控室內(nèi)，也方便管理人員和操作人員實(shí)時(shí)監(jiān)控爐內(nèi)生產(chǎn)狀況。編程軟件主要內(nèi)容包括系統(tǒng)總覽、工藝參數(shù)、故障報(bào)警、數(shù)據(jù)記錄、過程參數(shù)、料盤跟蹤、離線仿真、口令管理、系統(tǒng)幫助和退出。通過總覽界面可以觀察連續(xù)爐的整個(gè)狀態(tài)，出現(xiàn)故障報(bào)警及時(shí)到相應(yīng)的區(qū)域現(xiàn)場(chǎng)處理，或在線處理后還需要到現(xiàn)場(chǎng)再確認(rèn)。點(diǎn)擊對(duì)應(yīng)料盤可以了解此料盤的全部生產(chǎn)過程信息，查詢生產(chǎn)記錄，工件數(shù)據(jù)可以查詢?nèi)繗v史數(shù)據(jù)。

圖6 上位PC機(jī)控制界面

4.網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制

用戶PC機(jī)可通過網(wǎng)絡(luò)與上位控制PC機(jī)相連，管理人員可以在辦公室內(nèi)隨時(shí)查詢和修改生產(chǎn)過程中的各種工藝、生產(chǎn)數(shù)據(jù)，以便更好地指導(dǎo)和管理生產(chǎn)。為了安全起見，大多僅使用查詢功能或不支持采用，要求直接到現(xiàn)場(chǎng)解決問題。熱處理連續(xù)爐制造商也可以通過網(wǎng)絡(luò)在線觀測(cè)爐子的使用情況，還可以對(duì)軟件程序進(jìn)行升級(jí)完善。

三、結(jié)語

熱處理連續(xù)爐控制系統(tǒng)集成了機(jī)械原理、電氣原理、軟件控制技術(shù)，融合了電工學(xué)、物理學(xué)、熱學(xué)、熱力學(xué)、化學(xué)和熱處理相關(guān)知識(shí)，多學(xué)科交叉復(fù)合，綜合性很強(qiáng)。采用PLC可編程控制器、SIEMENS-MP377控制系統(tǒng)、PC計(jì)算機(jī)控制，控制精度高，可靠性高。