張 偉，王松沛

（中山凱旋真空科技股份有限公司，廣東 中山 528478）

真空熱處理工藝具有不氧化、不脫碳、變形小、脫脂、脫氣作用明顯等優(yōu)勢，逐漸成為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的重要工藝，真空熱處理設(shè)備也得以廣泛應(yīng)用。隨著現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)對真空熱處理設(shè)備提出了更高要求，而電流異常波動問題則對該設(shè)備的安全、穩(wěn)定、高效運行造成了嚴重影響。因此在近年來，如何處理該設(shè)備電流異常波動問題，已經(jīng)成為廣受關(guān)注和重點研究的問題。

1 真空熱處理設(shè)備及其電流異常波動問題

1.1 真空熱處理設(shè)備概述

真空熱處理技術(shù)是真空技術(shù)與熱處理技術(shù)相結(jié)合的綜合技術(shù)，即全部或部分熱處理工藝在真空狀態(tài)下進行。而真空熱處理設(shè)備，則是合理應(yīng)用該技術(shù)的工藝設(shè)備，最常見的設(shè)備為真空熱處理爐。通常而言，該設(shè)備具有熱效率高，可實現(xiàn)無氧化、無脫碳、無滲碳，可去掉工件表面磷屑，可脫氧除氣等作用，故而在現(xiàn)代工業(yè)中得以廣泛應(yīng)用。真空熱處理爐的真空系統(tǒng)由真空容器、真空泵、真空閥、連接件及真空測量儀表等所組成，能夠構(gòu)成嚴格的真空密封環(huán)境。與此同時，該設(shè)備還具有水冷裝置，用于保護個部件結(jié)構(gòu)不變形、不損壞，同時防止真空密封圈過熱甚至燒毀，進而保障設(shè)備的長期、正常運行。另外，該設(shè)備通常還采用低電壓大電流，具有極高的自動化程度，能夠自動、精確完成工件加工與處理。

1.2 真空熱處理設(shè)備電流異常波動問題

當前工業(yè)生產(chǎn)對真空熱處理設(shè)備提出了極高要求，其中最顯著的一點就在于自動化程度要求。這是因為真空熱處理工藝的環(huán)境不適合人員長期工作甚至接近，同時部分工藝技術(shù)對操作精準度、及時度、復(fù)雜度要求極高，人工操作較易出現(xiàn)失誤。而真空環(huán)境很容易在加熱過程中出現(xiàn)起弧、放電等現(xiàn)象，嚴重威脅設(shè)備運行安全與質(zhì)量，故而該設(shè)備需要應(yīng)用低電壓大電流的形式進行加熱，避免電壓過高。不可否認，高度信息化與低電壓的特性能夠在一定程度上提升真空熱處理設(shè)備的安全性，但該設(shè)備在運行時依舊還有著一定問題，電流異常波動就是其中典型。

在工業(yè)生產(chǎn)中，真空熱處理設(shè)備需要長期處于運行狀態(tài)，加熱器連接位置可能會因長期受熱而出現(xiàn)變形、厚度減小、對地短路等現(xiàn)象。在這些現(xiàn)象出現(xiàn)后，連接位置容易虛接，同樣會出現(xiàn)起弧、放電現(xiàn)象，并引發(fā)電流異常波動問題。在電流出現(xiàn)異常波動后，很容易導致局部電流過大，溫度過大，并將加熱器連接位置給熔斷，導致熱處理設(shè)備受到損壞，同時加工工件也會受到影響甚至損壞。而真空熱處理設(shè)備加熱系統(tǒng)缺乏相應(yīng)報警功能，無法在電流異常波動后及時進行報警，導致工作人員不能第一時間采取合理措施加以應(yīng)對，直到加熱器連接位置熔斷后發(fā)現(xiàn)問題，但已經(jīng)造成了難以挽回的損失。因此，實現(xiàn)加熱器保護系統(tǒng)加熱功能，并對電流異常波動現(xiàn)象進行及時處理，是保障真空熱處理安全與質(zhì)量的有效途徑。

2 真空熱處理設(shè)備電流異常波動處理方法

2.1 機械設(shè)計

應(yīng)對真空熱處理設(shè)備電流異常波動，需要對其波動進行有效監(jiān)測和警報，即判斷設(shè)備是否存在電流異常波動問題。在此基礎(chǔ)之上，還需要設(shè)計一定的自動處理機制，在自動保護設(shè)備的同時，也能在一定程度上避免人員處理不及時所導致的嚴重后果。從設(shè)計的角度來看，要判斷真空熱處理設(shè)備是否存在電流異常波動，需要根據(jù)設(shè)備實際運行狀況的電流變化情況進行實時監(jiān)測。就當前來看，我國主流真空熱處理設(shè)備均配備有能夠?qū)崿F(xiàn)PID調(diào)解的智能儀表，不但能夠連續(xù)、穩(wěn)定地進行溫度控制，并且升溫及降溫速度極快，并具備抑制超調(diào)、欠調(diào)等優(yōu)點。設(shè)備連續(xù)控溫是基于連續(xù)可調(diào)功率輸出而實現(xiàn)的，故而可以利用其該特性，接入PLC模塊，把加熱所用電流信號變換成標準模擬信號，實現(xiàn)AD轉(zhuǎn)換。然后，可以根據(jù)設(shè)備實際情況，合理選擇采樣點，確定相應(yīng)周期，并通過連續(xù)對比的方式進行檢測。所謂連續(xù)對比，也就是把某采樣點數(shù)據(jù)和前一個點數(shù)據(jù)進行對比，并根據(jù)對比結(jié)果判斷加熱器是否存在電流異常波動問題。對此，需要根據(jù)設(shè)備實際狀況，設(shè)置相應(yīng)的差值允許范圍，如果對比結(jié)果在該范圍之內(nèi)，則表明加熱器處于正常運行狀態(tài)；而對比結(jié)果超過該范圍，則意味著加熱器運行異常，存在電流異常波動問題。并且在該情況下，設(shè)備會進行報警，技術(shù)人員則可以根據(jù)設(shè)備運行狀態(tài)，采取自動切斷或人為干預(yù)的方式。

在實際操作時，文章采取方式為先加設(shè)電流變送器，并依照相應(yīng)選型手冊規(guī)范，選取宇波模塊CHYXXXXAY2/V0電流變送器，把真空熱處理設(shè)備中的0-XXXXA電流轉(zhuǎn)換成電壓為0～5V的標準模擬信號。在此基礎(chǔ)之上，再接入PLC模塊實現(xiàn)AD轉(zhuǎn)換。結(jié)合所用真空熱處理設(shè)備實際情況，文章選擇OMRON公司生產(chǎn)的CP1HXA40DR-A型PLC，通過控制器該自帶的4通道實現(xiàn)AD轉(zhuǎn)換，地址分為別200，201，202和203。最后，依照該公司提供的CP1H操作手冊，直接在控制器中設(shè)置相應(yīng)轉(zhuǎn)換參數(shù)即可。

2.2 程序設(shè)計

圖1 工程梯形圖

由于文章所選用的CP1HXA40DR-A型PLC具有4通道，在此僅以其中的200點對其程序設(shè)計進行探討。首先，確定采樣周期為0.2s，并將控制器200點頻道接受到的信號，傳輸給準備好的數(shù)據(jù)寄存器的D1000與D1001，如圖1所示。當周期數(shù)為1時，控制器信號會被傳輸?shù)郊拇嫫鞯腄1000；而在周期數(shù)為0時，控制器信號則會被傳輸?shù)郊拇嫫鱀1001。將寄存器中的信號利用二進制到BCD碼，可以被分別轉(zhuǎn)換到寄存器D101與D102之中。此時，只需要將該兩組數(shù)據(jù)進行對比，就能判斷內(nèi)部寄存器情況。其中，當D101數(shù)據(jù)的值大于D102數(shù)據(jù)的值時，內(nèi)部寄存器10.00數(shù)值為0，而10.01數(shù)值為1。反之則結(jié)果亦相反。不管是10.00還是10.01的值為1，都可以通過利用大值減去小值的方式，計算得到D100的數(shù)值。在得到該值后，只需將其與預(yù)先設(shè)定好的值進行比較，即可完成設(shè)備電流異常檢測。如果D100的值較設(shè)定值更大，那么就會觸發(fā)可編程控制器輸出點（100.00）并進行報警。

需要注意的是，真空熱處理設(shè)備在實際加熱時，其電流會因為PID調(diào)節(jié)輸出的改變而變化，從而出現(xiàn)正常波動。在這種情況下，文章設(shè)計的報警系統(tǒng)同樣會發(fā)出警報。針對該問題，將電流正常波動及異常波動的特性進行對比，根據(jù)PID參數(shù)穩(wěn)定，其輸出在短時間內(nèi)同樣較為穩(wěn)定，故而可以選擇加設(shè)定時器、計數(shù)器來區(qū)分電流正常及異常波動。例如在確定采樣周期后，可以設(shè)置相應(yīng)的電流波動達到報警范圍的次數(shù)，如果計數(shù)器得到的值超過該值，那么就意味著電流波動異常，發(fā)出警報。但是當計數(shù)器得到的值小于該值時，則默認為設(shè)備電流的正常波動，不會進行報警。

2.3 上位機鏈接

在工業(yè)生產(chǎn)中，需要將真空熱處理設(shè)備與控制中心進行連接，其電流異常波動報警系統(tǒng)同樣需要與控制中心連接，此時就需要用到上位機鏈接系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠?qū)?臺上位機與1臺或者多臺可編程控制器鏈接，并對后者進行程序傳輸、數(shù)據(jù)監(jiān)控及遠程控制。在文章中，利用CP1HXA40DR-A型PLC的RS-232串口和上位機進行鏈接，并進行測試通訊。如此一來，通過該系統(tǒng)就能實時監(jiān)測設(shè)備電流值，顯示并存儲報警數(shù)據(jù)，以便技術(shù)人員隨時對設(shè)備狀態(tài)進行分析，同時也能在出現(xiàn)故障后即時調(diào)用數(shù)據(jù)，為故障修復(fù)提供數(shù)據(jù)支持。

3 結(jié)語

利用電流變送器與可編程控制器，針對真空熱處理設(shè)備中電流能夠反映設(shè)備運轉(zhuǎn)狀況的特性，設(shè)計了電流比較方法對設(shè)備電流波動情況進行監(jiān)測。再加上定時器與計數(shù)器，排除了設(shè)備正常運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的電流波動帶來的干擾與影響，從而能夠有效發(fā)現(xiàn)設(shè)備電流異常波動并進行報警。該方案具有設(shè)計操作簡單、反應(yīng)靈敏、成本低廉、不影響設(shè)備運行等優(yōu)點，能夠在工業(yè)生產(chǎn)中得以有效應(yīng)用，保護真空熱處理設(shè)備及生產(chǎn)安全。