戴亨濤

（浙江久立特材科技股份有限公司，浙江 湖州313008）

1 感應(yīng)爐PLC控制系統(tǒng)的組成

感應(yīng)加熱源于電磁感應(yīng)在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流使導(dǎo)體加熱，本文的感應(yīng)爐采用工頻加熱方式。隨著自動化、計算機和信息技術(shù)的不斷進步，感應(yīng)爐已實現(xiàn)了自動化、智能化的精密控制。本文感應(yīng)爐的控制系統(tǒng)采用西門子的S7－300 PLC與德國WAGO出品的750－333現(xiàn)場總線，如圖1所示，處理器為CPU 317－2 DP，具有大容量程序存儲器，可用于要求很高的應(yīng)用，既適用于集中式I／O結(jié)構(gòu)，也適用于分布式I／O結(jié)構(gòu)，每條二進制指令執(zhí)行時間約100 ns，每條浮點數(shù)運行指令執(zhí)行時間約2μs［1］。Pr ofibus現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)為EN50170，它是國際化、開放式的，不依賴于生產(chǎn)廠商，從根本上突破了模擬信號控制的局限性，構(gòu)成了一種全分散、全數(shù)字化、智能、雙向、互聯(lián)、多變量、多接點的通信與控制系統(tǒng)［2］。

2 感應(yīng)爐的工作原理

感應(yīng)爐根據(jù)來料的長度共有5個檔級，每個檔級一組抽頭，根據(jù)長度切換檔級。由于感應(yīng)爐屬于感性負(fù)載，所以每一檔級都有相應(yīng)電容器補償。長度由編碼器檢測并經(jīng)PLC連接的觸摸屏運算，根據(jù)程序設(shè)定的長度范圍選擇對應(yīng)的檔級，然后通過現(xiàn)場控制系統(tǒng)子模塊輸出對抽頭進行切換，如圖2所示。根據(jù)來料的長度和成分調(diào)整變壓器的電壓等級、抽頭的長度和電容器，使其加熱均勻，功率因數(shù)高，并節(jié)省電能，因此在生產(chǎn)中如果來料長度經(jīng)常變化，抽頭的切換頻率就比較高，磨損情況就比較嚴(yán)重。

圖1 系統(tǒng)控制原理圖

圖2 感應(yīng)爐接線圖

3 感應(yīng)爐抽頭問題分析與處理

來料長度變化后，測長編碼器測出長度后，PLC控制切換抽頭檔級和電容器組合以及電壓，并在觸摸屏上顯示出長度實際值，操作員監(jiān)視各個位置是否正確。感應(yīng)加熱時，線圈的電流為4 k A左右，對系統(tǒng)的安全和可靠性要求較高。在生產(chǎn)中，由于計劃單的多變，導(dǎo)致加熱長度經(jīng)常轉(zhuǎn)換，抽頭切換比較頻繁，平均一年損耗的抽頭為6～7組，損耗成本較高。下面分析原因，并探討相應(yīng)處理措施。

3.1 抽頭燒結(jié)問題分析

在長度切換時，抽頭容易燒結(jié)粘住，抽頭由2片固定組件和1片活動組件構(gòu)成，問題不嚴(yán)重時拆開打磨處理一下即可，問題嚴(yán)重時整組抽頭都會損壞報廢。抽頭屬于明顯斷開點，不能采取其他措施改進，在工作中也不能明確地分辨查看是哪一步動作造成抽頭燒結(jié)，因此處理起來比較困難。

據(jù)分析，抽頭燒結(jié)原因可能包含以下幾方面：（1）加熱過程中的振動導(dǎo)致抽頭接觸不良拉?。唬?）抽頭長時間使用后產(chǎn)生毛刺，并隨著來回動作磨損情況加劇；（3）推動抽頭動作的氣缸氣壓不穩(wěn)，導(dǎo)致抽頭松動；（4）程序出錯導(dǎo)致抽頭誤動作；（5）抽頭切換時電容器放電拉弧；（6）感應(yīng)爐不正常加熱。

3.2 抽頭燒結(jié)問題處理

針對可能的原因可采取以下相應(yīng)措施處理抽頭燒結(jié)問題：（1）對各安裝位置的螺絲進行檢查，排除緊固件松動的隱患，并在加熱時觀察抽頭的運行情況。在生產(chǎn)中，感應(yīng)爐沒有明顯振動，對抽頭影響較小，排除振動造成的拉弧。（2）抽頭長期使用后由于摩擦可能會出現(xiàn)磨損，首先，生產(chǎn)計劃單是根據(jù)訂單交貨期的要求編制，要在這上面減少長度的切換頻率空間有限。故應(yīng)在生產(chǎn)閑時對抽頭進行檢查，處理有磨損的抽頭，嚴(yán)重的專門記錄并增加檢查頻率和次數(shù)，采用潤滑導(dǎo)電性能好的導(dǎo)電潤滑脂進行潤滑處理，以減少摩擦造成的磨損。（3）對氣壓管路進行檢查，更換長期使用的氣管，檢查過濾裝置，調(diào)整壓力系統(tǒng)壓力（壓力應(yīng)達到4.5 kg以上）。（4）程序上可能的原因是抽頭沒有完全切換好就通電，加熱過程中發(fā)錯誤指令信號。PLC程序的控制流程如圖3所示，可能出現(xiàn)問題的地方是抽頭切換識別有誤，程序上安全性保護不夠。如：抽頭動作時加熱電源必須處于斷開狀態(tài)，抽頭動作必須正確，傳感器檢測正常，加熱時所有抽頭不能動作。在程序上添加了以下保護：觸摸屏計算出長度后，PLC控制現(xiàn)場動作，抽頭動作前檢查其余抽頭是否處于正確位置，在其他抽頭都在正確位置后選取的抽頭才可動作，在通電前再次檢查抽頭是否在正確位置。在外部對所有抽頭磁性傳感器進行試驗檢測，要求定位準(zhǔn)確，確認(rèn)傳感器工作穩(wěn)定、正常。（5）抽頭切換時，感應(yīng)爐已停止工作較長時間，在這段時間里電容器已基本完成了放電，為保險起見，程序上做了改進，原來的控制是原抽頭先縮回，然后另一組抽頭伸出，現(xiàn)改為新抽頭伸出，然后原抽頭縮回，減少放電燒抽頭隱患。（6）感應(yīng)爐加熱功率過大，變壓器檔級選擇有誤，造成抽頭電流大，超過額定電流而減短使用壽命。生產(chǎn)中偶爾燒冷料，負(fù)載較大，電流往往也較大，給系統(tǒng)帶來較大隱患，另由于加熱工藝中升溫太快會造成加熱不均勻，表面升溫較快而內(nèi)部升溫較慢［3］。于是程序加上了過載保護，當(dāng)電流超限一定時間時保護斷電。采取以上措施后，抽頭燒結(jié)的次數(shù)明顯下降，但仍然有燒結(jié)情況發(fā)生。

由于原觸摸屏為德國進口產(chǎn)品，現(xiàn)已停產(chǎn)，于是選用西門子觸摸屏TP277替換。替換觸摸屏后，長度切換過程中抽頭經(jīng)常被粘住，分析原因是由于換了觸摸屏，新觸摸屏的數(shù)據(jù)傳輸時間跟原來的觸摸屏可能不一樣，而觸摸屏的運算和傳輸周期對感應(yīng)爐的抽頭長度切換很重要［4］。

圖3 PLC程序的控制流程

抽頭長度切換指令是由觸摸屏運算后回傳給PLC，在來料到位后，如果運算和傳輸時間過長，超過了PLC長度切換動作的等待時間，PLC將按照上一支料的情況處理，保持在上一檔級，但此時可控硅通電條件滿足，抽頭動作也同時發(fā)生，巨大的電流在抽頭動作時產(chǎn)生的電弧對抽頭損壞很嚴(yán)重。于是重新計算了來料到位到抽頭切換完成的時間，大概為6～7 s，然后使可控硅的送電時間延遲了5 s，從原來的2 s改為7 s，最后讓操作工以原來的方式工作，即切換料時不切電源，感應(yīng)爐自動加熱，沒有再出現(xiàn)切換檔級時抽頭被粘住的情況。在近一年的使用中，再沒發(fā)生過切換燒結(jié)抽頭的情況，故障率和成本大大降低，這證明改進工作的效果值得肯定。

4 結(jié)語

總之，平時應(yīng)加強對設(shè)備的維護保養(yǎng)，提高維修人員和操作工的責(zé)任感，不放過生產(chǎn)中任何小問題。要掌握控制系統(tǒng)知識，研究PLC程序的工作流程，熟悉設(shè)備的加工工藝，在出現(xiàn)問題后能及時準(zhǔn)確分析問題，最后解決問題，以確保設(shè)備正常、穩(wěn)定運行。

［1］西門子（中國）有限公司.S7－300可編程控制器：產(chǎn)品目錄［Z］，2011

［2］賈東耀，汪仁煌.工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢［J］.工業(yè)儀表與自動化裝置，2002（5）

［3］張月紅，王馬華.感應(yīng)加熱參數(shù)對鋼件溫度分布的影響［J］.金屬熱處理，2011（9）

［4］西門子（中國）有限公司.深入淺出西門子人機界面［M］.北京航空航天大學(xué)出版社，2009