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真空熱處理爐設(shè)備研制技術(shù)伴隨著計(jì)算機(jī)和微電子技術(shù)的發(fā)展而不斷進(jìn)步，從初始的繼電器和常規(guī)電器（元件）控制到PC機(jī)控制以及近年的PC機(jī)和智能化控制儀表（控溫儀表、真空儀表、電量儀表等）的綜合控制系統(tǒng)，對(duì)真空熱處理設(shè)備及工藝進(jìn)行工藝參數(shù)、程序動(dòng)作和工藝過程的全面控制。自20世紀(jì)80年代以來，控制系統(tǒng)采用智能化控制儀表和可編程控制器為代表的綜合控制方式，已經(jīng)成為真空熱處理爐設(shè)備先進(jìn)程度的標(biāo)志。下面以WZ系列真空熱處理爐自動(dòng)控制系統(tǒng)為例。
真空爐自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)和要求
WZ型真空熱處理爐的自動(dòng)控制技術(shù)（系統(tǒng)）是沿著繼電器控制系統(tǒng)和HTL數(shù)字集成電路順控器系統(tǒng)到開發(fā)以PLC可編程序控制器為核心的微機(jī)控制系統(tǒng)不斷發(fā)展的，PLC微機(jī)控制系統(tǒng)和智能化控制儀表匹配，組成綜合控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)真空系統(tǒng)、機(jī)械動(dòng)作、充氣系統(tǒng)和工藝參數(shù)及工藝過程的全面控制。使WZ型真空熱處理爐自動(dòng)控制系統(tǒng)達(dá)到國外同類產(chǎn)品90年代的技術(shù)水平。
WZ型真空爐電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)是：
①電控系統(tǒng)運(yùn)行可靠，各機(jī)械動(dòng)作穩(wěn)定，位置準(zhǔn)確，操作簡單方便；
②溫度控制精度高，調(diào)整參數(shù)方便，盡可能做到無超調(diào)；
③操作、維修方便，電路中接線、焊點(diǎn)減至最低點(diǎn)，從而大大降低故障率；
④電控系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)直觀顯示，并具有必要的故障診斷功能；
⑤降低成本，提高性能價(jià)格比。
電控系統(tǒng)的構(gòu)成和技術(shù)功能
①系統(tǒng)組成與設(shè)計(jì)模式
電控系統(tǒng)由低壓控制、溫度控制和數(shù)據(jù)記錄及監(jiān)視三部分組成，其控制原理如圖1示。電控系統(tǒng)以一臺(tái)可編程序控制器(PLC)為核心，完成手動(dòng)、區(qū)間、自動(dòng)操作，其輸入端接收手動(dòng)操作按鈕信號(hào)及各種開、關(guān)限位信號(hào)，由PLC控制程序運(yùn)行，通過輸出端直接控制接觸器中問繼電器、電磁閥、信號(hào)燈等，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度控制系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、水路系統(tǒng)、氣路系統(tǒng)及報(bào)警監(jiān)視系統(tǒng)的控制。
圖1 控制原理框圖
②溫度控制系統(tǒng)
采用控溫精度為0.1%的智能化溫度控制儀表，按產(chǎn)品工藝曲線控制爐子的升溫、保溫、降溫過程，溫度控制儀表的運(yùn)行，停止由PLC自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)工藝曲線溫度控制的技術(shù)要求。
溫度控制系統(tǒng)可設(shè)定、存儲(chǔ)多條控溫曲線，每條可分為多段控制，每條溫控曲線均具有任選的PID參數(shù)，自調(diào)諧功能，以保證升溫?zé)o超調(diào)系統(tǒng)適合多種分度號(hào)熱電偶和預(yù)先設(shè)定升溫保溫曲線，溫控儀輸出4～20mA電流信號(hào)給觸發(fā)單元，觸發(fā)單元把電流信號(hào)變?yōu)殡妷盒盘?hào)，其輸出電壓信號(hào)控制勵(lì)磁回路的直流電壓電流，從而控制了磁調(diào)的電壓電流，保證爐子按設(shè)定的曲線加熱和保溫，完成溫度控制要求。
WZ型真空爐的溫度控制系統(tǒng)框圖如圖2所示。
圖2 溫度控制系統(tǒng)框圖
③數(shù)據(jù)記錄及監(jiān)視系統(tǒng)
由記錄儀連續(xù)記錄加熱工藝曲線，并同時(shí)記錄0～10mV真空度曲線。若有特殊要求。可使溫度曲線記錄紙讀數(shù)不大于4℃/min，真空度以Pa為單位進(jìn)行記錄，真空度的測量通常采用復(fù)合真空計(jì)測量冷卻室和加熱室的真空度，測量范圍為1×105～1×10-4Pa。
電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)有故障診斷及報(bào)警功能，如果設(shè)備出現(xiàn)超溫、過載電流、斷水等故障時(shí)，有聲光顯示報(bào)警，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障并予以排除。
④模擬顯示屏
操作者通過模擬顯示屏可清楚地觀察到真空爐的運(yùn)行和工作狀態(tài)，如真空系統(tǒng)各閥門的開關(guān)狀態(tài)、機(jī)械運(yùn)行和料車，閘閥位置、充氣系統(tǒng)的開關(guān)狀態(tài)及工件的加熱或冷卻狀態(tài)等。
⑤低壓控制系統(tǒng)
低壓控制系統(tǒng)是由PLC可編程序控制器，運(yùn)行控制操作按鈕、熔斷器、熱繼電器、接觸器等組成整套低壓控制系統(tǒng)。大部分元器件采用導(dǎo)軌式結(jié)構(gòu)安裝，便于安裝和維修。
電控系統(tǒng)的特點(diǎn)
(1)充分利用PLC可編程序控制器的特色和功能，對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、充放氣路系統(tǒng)的各種輸入、輸出信號(hào)和過程參量進(jìn)行綜合調(diào)節(jié)、判斷和控制，PLC可對(duì)各執(zhí)行元件的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，具有較全面的故障自診斷及顯示報(bào)警功能。
(2)控制方式可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)、區(qū)間和自動(dòng)操作三種選擇，由選擇開關(guān)按鈕進(jìn)行選擇，并予以指示。料車、閘閥的運(yùn)行速度可以按照慢-中-快-中-慢方式進(jìn)行，從而保證了機(jī)械運(yùn)行的穩(wěn)定性，適應(yīng)處理薄而細(xì)小易變形工件處理的工藝要求d同時(shí)，電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)滿足工件轉(zhuǎn)移時(shí)間不大于15s的技術(shù)指標(biāo)要求。
(3)可實(shí)現(xiàn)多種真空熱處理工藝，如氣淬、油淬、氣-油淬火工藝等。根據(jù)工藝要求，可方便地選擇充氣時(shí)間，如入油前或入油后充氣，油攪拌時(shí)間，如工件入油前或入油后攪拌等。熱處理工藝所需各程序時(shí)間均可由撥碼開關(guān)設(shè)定，在工藝運(yùn)行過程中可以修改或重新設(shè)置。
(4)電控系統(tǒng)的操作可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)、區(qū)間或自動(dòng)方式，其操作簡單靈活、適應(yīng)性強(qiáng)、聯(lián)鎖功能可靠。選擇手動(dòng)方式時(shí)，區(qū)間自動(dòng)和全自動(dòng)運(yùn)行斷路，自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，確定送料時(shí)，導(dǎo)軌在低位，操作人員設(shè)定好工藝參數(shù)后，只需啟動(dòng)自動(dòng)按鈕，即可完成工件所需要的熱處理工藝操作過程。在手動(dòng)運(yùn)行時(shí)，根據(jù)模擬顯示屏各開關(guān)的位置啟動(dòng)按鈕，均為點(diǎn)動(dòng)，機(jī)械變速運(yùn)動(dòng)，避免發(fā)生事故。
(5)為保證電控系統(tǒng)安全可靠地運(yùn)行，研制了設(shè)備保護(hù)和故障報(bào)警系統(tǒng)，操作者根據(jù)聲光顯示，能較快地發(fā)現(xiàn)并及時(shí)排除故障。
①PLC可編程序控制器電池衰減指示，PLC電池壽命一般為5年，當(dāng)PLC電池衰減時(shí)，CPU電池指示燈閃爍，可以從模擬顯示屏觀察到，提示操作人員更換電池，避免軟件丟失。
②超溫故障：當(dāng)爐溫比設(shè)定溫度高時(shí)，報(bào)警器報(bào)警，燈光閃爍且自動(dòng)斷開加熱系統(tǒng)，以保護(hù)設(shè)備，超溫（額定溫度）溫度可由軟件設(shè)定，操作方便。
③過載電流保護(hù)：當(dāng)設(shè)備加熱時(shí)，如加熱電極與爐體或電極與電極之間產(chǎn)生短路時(shí)，出現(xiàn)過載電流，系統(tǒng)報(bào)警，同時(shí)自動(dòng)切斷加熱系統(tǒng)。
④斷水指示，當(dāng)水源壓力低于設(shè)備使用正常壓力時(shí)，斷水指示燈閃爍，向操作人員報(bào)警。
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China(Guangzhou)Int’l Heat Treatment, Industrial Furnace Exhibition
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