步进梁式加热炉

步进梁式加热炉（精选4篇）

步进梁式加热炉 篇1

山东莱钢股份有限公司棒材厂中小型车间的步进梁式三段连续加热炉是从意大利DANIELI公司全套引进的设备, 于1995年投产。额定生产能力为120t/h, 额定燃耗为1.0GJ/t, 加热温度小于1 300℃, 燃料采用高焦炉混合煤气, 炉膛尺寸为24.5m×10.8m, 炉膛有效尺寸为22.8m×10.08m。该加热炉的主体框架采用双层框架结构, 共有四根步进梁, 四根固定梁 (均热段五根) 。燃烧系统的主要烧嘴:顶部为平焰烧嘴, 下均热为调焰烧嘴, 下加热为长焰烧嘴。配有行程为1.55m可调的缓冲挡板, 气密性能好, 具有很好的保温特性, 能够加热多类钢种, 尤其在轧制高温钢时, 具有其他炉子所不能比拟的优点。出料系统采用入出炉辊道, 入炉侧配有额定推力为20kN的对齐推钢机一台。

一、运行现状及存在的问题

1.换热器使用寿命短, 尤其是空气换热器, 大约1年就会出现钢管腐蚀和积灰严重的现象, 并由此造成炉压不稳定和温度波动大, 风压原设计为10kPa, 但实际只能达到7～8kPa。

2.下加热空煤气管道为方箱形状, 设计不合理, 提供燃料压力不足, 而且检修不方便。

3.滑块耐磨损能力差, 特别是出料端滑块易磨损变形, 并因此造成出钢过程中步进梁升至高位时容易翻钢, 并对出炉辊道造成损坏。而且翻钢后易造成步距不稳、钢坯连出, 打乱正常的轧制节奏, 导致轧线堆钢, 增加了中间轧废情况的发生。

4.刮渣板抗磨损能力低, 容易脱落, 并造成水封槽堵塞, 挤压下加热空煤气管道, 影响步进梁动作。

5.水封槽加水缓慢, 水压比较小, 冲刷氧化铁皮不彻底。

二、优化改造方案

1.更换换热器材质。将空气换热器热风端前六排材质由原来的普通钢管更换为Cr25Ni20材质, 其余四排管子材质为1Cr18Ni9Ti, 冷风端管子材质为20钢渗铝。由于Cr25Ni20材质耐热温度达到850℃, 抗拉强度为580MPa, 延伸率为54%, 具有抗高温、耐腐蚀、传热系数大、换热效果好的特点, 使用寿命为普通材质的2～3倍, 用在热风端能充分发挥其优势。这种部分改进设计, 既考虑了换热器的工作特性, 又使换热器的整体造价不至过高。

2.更换下加热的空煤气方箱。原有下加热煤气管道设计形状为方形管道, 提供燃料压力不足, 特别是在停炉吹扫过程中吹扫不方便、不彻底。经过改造, 将原有下加热空煤气管道的形状由方箱改为圆管, 其优点有:焊接方便可靠, 易于安装和维修;节省空间, 便于日常设备点检;提供燃料压力充足, 可以很好地保证煤气的燃烧, 提高加热能力。

3.更换滑块材质。在入出料两端, 将滑块的材质由原来的Co20更换为Co50, 使耐高温特性提升一倍, 并有较强的耐磨损特性, 使用寿命为Co20的两倍。由于滑块的材质中含Cr和Ni的成分较高, 与梁头焊接容易产生热裂纹, 因此对滑块的焊接需要采取特殊焊接工艺, 应使用A407焊条, 采用直流、短弧焊接, 焊接电流为130～135A, 焊前不预热, 尽可能用较小的线能量进行焊接, 层间温度控制在150℃以下, 焊接时水梁内要通水, 一般母材的熔化量应控制在整个焊缝断面面积的35%以下。

4.改变刮渣板的焊接方式。主要是改变刮渣板的焊接位置和结构, 在每两个密封箱之间增加四根立筋与炉底框架连接, 同时立筋之间加焊横筋, 使原有刮渣板紧靠密封箱焊接, 适当减少刮渣板的宽度, 距密封箱焊接留有5～10mm的空间, 避免步进梁在动作过程中, 因刮渣板脱落而挤压密封箱, 造成炉内压力过高。经过改造后的刮渣板, 焊接牢固, 抗磨损能力显著提高, 刮氧化铁皮比较彻底。

5.改变水封槽加水供水方式。原水封槽加水、供水方式为中部供水, 水压比较小, 对氧化铁皮冲刷不彻底 (见图1) 。经过改造, 将水封槽供水方式由原来的底部供水改为顶部加弯头供水, 加大对氧化铁皮的冲力, 同时在排水段将四根水封槽加一个横管, 分别由一个DN150闸阀控制底部排水, 横管平时始终控制一定流量开启, 让水流循环对氧化铁皮冲刷更彻底。图2为水封槽加水方式改进后的示意图。

三、改造效果

经过上述改造后, 该加热炉运行稳定, 燃烧条件和加热效果得到显著的改善和提高, 炉压稳定, 炉温易于控制, 而且出料顺畅, 滑块无变形, 炉底水封槽刮渣板运行10个月也无脱落, 氧化铁皮清理更彻底, 无堵塞现象, 这些有利的综合因素最终也促使加热炉的生产效率显著提高, 使产能得到进一步提升。同时, 由于加热质量的提升, 使煤气消耗由原来的1.05GJ/t降低到0.99GJ/t, 同时排烟温度的降低对改善环境也起到了积极作用。

步进梁式加热炉 篇2

目前,随着现代轧机的大型化、连续化和高精度化,传统的推钢式加热炉已不能满足轧机对轧制产品的产量、质量及节能的严格要求。这时,具有机械化程度高、生产能力大、加热质量好等优点的步进梁式加热炉逐渐被广泛应用。在天铁轧二制钢厂的轧钢生产线中,采用步进梁式加热炉对钢坯进行加热,其中步进梁的升降、进退、推钢及返回都是通过液压系统来驱动的。液压传动具有传动平稳、调速范围大、安全性好、自动化程度高、操作方便等优点,但由于其在封闭环境下运行,故障原因比较复杂,且故障点隐蔽,故障部位难以确定,对日常的维护和维修有一定的难度。以下就对天铁轧二制钢厂步进梁加热炉液压系统在生产中常见的故障进行分析及处理。

2 步进梁式加热炉动作过程

步进机械由步进梁及立柱、平移机构、升降机构、水封槽及密封装置等部分组成。其动作过程如图1所示,工作时,步进梁用来移送被加热的钢坯,与固定梁交替支撑钢坯,步进梁在升降机构和平移机构的作用下,相对于固定梁作“上升、前进、下降、后退”四个动作,即一个运动周期,如图2所示。其中升降动作和平移动作分别由液压缸带动,升降运动时,平移机构不动作,靠平移液压缸固定其水平位置;平移运动时,升降机构不动作,靠升降液压缸固定其垂直位置。每完成这样一个周期,钢坯就在加热炉内前进一个行程,从而使钢坯在加热炉内像走步一样,从装料端一步一步地“走”到出料端,达到轧制所需的温度,由推钢机将其送往轧制线进行轧制。

3 步进梁式加热炉液压系统特点

由于步进炉设备为大惯量负载,外界负载变化量较大,且要求动作平稳、冲击性小、动作协调同步。因此液压系统中采用电磁比例液压技术,如图3所示,通过压力补偿器(ZDC定差减压阀)和比例方向节流对升降缸的动作进行调速控制;通过平衡阀对升降动作过程中负载的变化进行自动补偿,以防止动作失控下滑;同时利用恒压变量泵容积调速性能以减轻系统功耗的损失,利用PLC采集系统液压缸运行参数,采取PID经典理论控制方式,对比例方向阀进行流量控制进而控制系统工作频率。

为了确保系统安全可靠,如图4所示,可通过电磁阀控制液控单向阀的开启,从而对升降缸和水平缸的动作进行互锁控制,保证步进梁的升降缸与水平缸不同时动作。

4 液压系统故障现象分析及解决方案

该厂步进梁式加热炉自投产运行以来,由于液压系统动作频繁,负载变化大,因此在日常使用和维护过程中不可避免的会出现问题。以下是使用中常见的故障及分析和解决方案:

(1)故障现象:加热炉上料阀台出口油管焊口处频繁漏油,多次更换油管及管接头,问题依旧。

现象分析:经分析研究,发现由于阀台控制系统管路转弯较多,且紧挨着阀台就是拐角,所以液压冲击很大,造成漏油现象的频繁发生。

解决方案:如图所示,为了减少油液的液压冲击,可在阀台与出口的铁管之间加一节胶管连接,改造后经使用很少漏油,效果非常理想。

(2)故障现象:加热炉液压系统在检修完毕后,只工作了一天,液压站突然油位低报警。

故障分析:经检查,发现一个在检修期间换上的新的步进梁升降液压缸的活塞杆和端盖的密封处在喷油。拆开液压缸前端盖发现密封圈已损坏,检查活塞杆与端盖沟槽,没有发现滑痕或毛边,于是更换密封圈实验,缸动作了十几次后又开始渗油,于是卸下端盖,测量密封圈沟槽尺寸,与手册对照后,发现此端盖的沟槽偏大,这造成了密封圈的损坏而漏油,从而导致油压降低。

解决方案:联系厂家后更换了标准沟槽的端盖,再试问题解决。

(3)故障现象:加热炉步进梁在上升到标准位置后,又慢慢下溜。

故障分析:先对控制该升降液压缸的管路进行检查,未发现油管泄漏现象;后分析可能是负载过大引起的液压冲击较大,造成平衡阀失效。该系统所用的平衡阀为力士乐公司的FD32KA-2X/B06V,经拆卸后发现其主阀芯已断裂。

解决方案:更换平衡阀后系统恢复正常。

(4)故障现象:在停车检修完毕并更换轧机后,开车时系统压力很低,达不到生产压力。

故障分析:由于该系统已使用多年,存在较大的内泄,开始以为是各阀台阀的内泄造成的,关闭所有阀台截止阀,后发现压力没有任何变化。再调整溢流阀压力还是没有变化,于是更换溢流阀,再关闭所有阀台截止阀测试泵压,发现压力已超过30MPa。

经分析,在更换轧机时,因各阀台内泄较大造成压损严重,需要关闭一些阀台才能达到使用压力。由于设备维护人员在调整泵压时没有关闭全部阀台,而轧机工作人员在更换某架轧机时关闭了其它所有的阀台,这造成系统压力超高而击穿了溢流阀。事后,拆开换下的溢流阀,发现阀里的铜垫被击穿,造成进、回油腔相连而卸压,从而使系统达不到生产压力。

解决方案:更换溢流阀,问题解决。

5 结论

当液压系统出现故障时,采用快速正确判断故障部位的方法,对于系统故障的迅速诊断和维修尤为重要。轧钢生产线液压系统具有泵站集中、阀台分散、动作频繁、环境恶劣、使用比例阀等高精度控制阀的特点,决定了其液压故障的复杂性。这要求设备维护人员熟悉液压元件的工作特性、系统的工作原理及其配置关系;具备一定的现场实践经验和检测手段;定期的检测系统的压力、温度、振动等参数以对设备进行维护。这样才能使加热炉液压系统运行平稳可靠,从而保证了整个轧钢生产线的正常生产。

摘要：在天铁轧二制钢厂的轧钢生产线中,采用步进梁式加热炉对钢坯进行加热。文中分析了步进梁式加热炉液压系统的工作原理,并对使用维护中出现的故障进行分析及排除。

关键词：步进梁式加热炉,液压系统,日常维护,故障排除

参考文献

[1]陈鸿复.冶金炉热工与构造[M].北京:冶金工业出版社,1990.

[2]于志荣,等.步进梁式加热炉液压故障分析及解决方案[J].液压与气动,2011(4):80-81.

[3]李芳,等.步进梁式加热炉速度控制系统研究[J].液压与气动,2004(9):15-16.

步进梁式加热炉 篇3

关键词：步进梁式加热炉,水梁,垫块

1 概述

步进梁式加热炉作为钢坯轧制前加热的主要技术手段, 已广泛应用于棒、线材生产线, 特钢生产线, 热处理炉, 板坯炉等, 具有加热质量好, 加热速度快, 在炉时间短, 氧化烧损少, 节能降耗等优点。

本文结合中冶东方技术有限公司包头贝瑞工业炉公司多年的耐热合金垫块在步进梁式加热炉上面的使用经验, 以及参考同行业的一些垫块的应用情况, 总结各自的技术特点及使用效果, 对步进梁式加热炉水梁的设计和垫块的型式做了一些粗浅的探讨。

2 步进炉水梁的布置

水梁布置主要有以下因素决定:

1) 料坯的长度和布料要求

步进梁的根数是按照钢坯长度, 步进梁间距以及坯料在粱上悬臂长度确定的。一般步进梁和固定梁的中心距不小于600mm。对坯料而言步进梁或固定梁都可以放在最外侧, 由于活动梁和固定梁是交替承重, 钢坯在固定梁上的支撑时间大约70%~80%的时间, 所以设计中一般固定梁的数量要优于活动梁。

多排布料时, 要考虑每排料坯的支撑情况, 每排料坯要考虑至少需要两根活动梁支撑, 两根固定梁支撑, 才能实现步进要求。

2) 加热炉的钢种及加热质量要求

根据钢坯的化学成分以及温度均匀性的要求, 综合考虑步进梁的数量, 管底比, 炉底孔洞的面积比, 合理布置步进梁水梁。

3) 是否有交错步进型式的要求

为了最大限度的消除黑印, 保证加热质量, 有时会采用步进梁采用交错布置技术, 即将步进梁在加热段进入均热段时沿炉宽方向偏离一段距离, 使钢坯在均热段来不及形成黑印, 而原来的从加热段带来的黑印经梁错位后逐渐消失。

有些资料证明错位梁带来的温差比直线梁温差少15%~20%。

4) 钢坯的悬臂要求, 梁间距要求

(1) 最大悬臂长度一般按钢坯厚度、加热温度、高温下停留的时间等因素确定, 也可按照下面公式估算:

其中, K1为悬臂系数, S1为钢坯厚度;

活动梁和固定梁的最大中心距:

其中, K2为跨度系数, S2为钢坯厚度;

下表为一些资料介绍参考的系数值

(2) 因为最大悬臂长度一般按钢坯动梁或固定梁的间距应保证钢坯在高温下不产生“塌腰”, 钢坯在活动梁上外伸长度, 应保证活动梁平移时钢坯端头下挠不挂固定梁, 所以有些资料按照钢坯的下挠量来计算悬臂及跨距。

其中s为钢坯的厚度, 表2是求最大悬臂长度L最大悬臂长度和跨度L最大跨度的一个半经验式中系数k1和k2的值。

5) 其它考虑的因素比如管底比, 跨度, 下加热烧嘴的能力等。

6) 依照上述各项条件, 同时考虑错位梁的形式, 在满足所有钢坯装入条件的前提下, 梁的根数越少越好。

3 步进水梁的材质要求

步进梁采用壁厚不小于10mm的热轧锅炉钢管制作, 材料为20号优质碳素结构钢。

关于20、20G、20g、20R的区别:

20、20G、20g~20g柱这四个钢号均为含碳量0.20%的碳素结构钢, 在设计上容易产生混淆, 若不能正确选用往往会造成严重的后果。

4 纵水梁的型式及结构

步进梁水冷管的结构有单元管、双圆管、长圆管、椭圆管和矩形管等。

选用步进梁的结构形式, 应根据管材供应情况、炉型、料坯断面、炉子的载荷等条件来决定。

由于管材供应和成本考虑等原因, 现在大部分步进梁采用厚壁单圆管和厚壁双圆管结构。

但从节能和减少水管来讲, 应尽量少采用圆形管结构。因为, 同样大小的断面模数, 长圆管、椭圆管和矩形管表面积要比圆形管少15%~20%左右, 因为水梁的断面模数和其高度的平方成正比。水梁面积的减少, 就意味着炉子下供热状态和坯料上下温差的改善, 同时也意味着炉子能耗的降低。

单根纵梁长度不宜超过25m, 超过时应该分段设计。

5 水梁立柱的结构及型式

1) 步进梁的纵水梁由水梁立柱支撑。立柱间距一般取2m~4m;

2) 炉底框架是固定梁的承重载体, 炉底平移框架是活动梁的承重载体。立柱在纵向上是一个桁架结构, 但在横向上相互独立;

3) 立柱的水冷系统有汽化冷却和水冷却两种形式。由于汽化冷却具有很好的回收效果, 现代化的加热炉一般采用汽化冷却方式。

6 耐热合金垫块的形状和结构

1) 垫块的应用部位

为了减小钢坯与水冷梁接触处的“黑印”温差, 缩小接触处与两根支撑梁中间钢坯的表面温差, 避免热钢坯与低温水冷梁之间直接接触, 在炉子纵向支撑梁上安装了耐热合金垫块。

垫块的形状及其与纵梁的连接方式应根据炉型、坯料的形状和尺寸、对钢坯加热“黑印”的要求, 以及垫块材质及其价格等因素确定。

2) 垫块的材质

耐热合金垫块的材质一般为ZGCr25Ni20Si2, ZGCr28Ni48W5, Co20, Co40, Co50等。

根据加热炉的不同温度段可采用不同高度和不同材质的耐热合金垫块。在低温段, 由于垫块承受的温度较低, 为经济实用, 垫块的材质一般采用Cr25Ni20Si2, Co20, 高度大约50mm~70mm;在高温段为了有效地消除水冷梁“黑印”, 垫块的高度要稍高一些, 高度大约在70mm~90mm, 同时由于垫块承受的温度高, 耐热合金垫块一般选用ZGCr28Ni48W5或Co40。

值得一提的是, 由包头贝瑞工业炉公司和包钢稀土研究院联合开发的耐热垫块ZGCr25Ni31WNbRe, 具有抗高温蠕变强度、氧化性能高具有较高的耐磨性、抗腐蚀性和抗热冲击性, 而且投资低, 已经广泛应用于各种步进梁式加热炉上, 作为高温段耐热垫块的首选。

3) 垫块的安装方式

在一些有对齐推钢机的步进梁式加热炉上, 由于装料端料坯和垫块之间会滑动较长距离, 非常频繁, 较长时间后, 可能会造成卡块与水梁之间的焊接松动, 从而导致垫块掉落, 所以在卡块与水梁焊接的基础上, 垫块与水梁也焊接, 保证其安全性。由于装料端温度较低, 正常情况下≤900℃ (蓄热式加热炉≤1000℃) , 热膨胀系数较小, 所以对梁的刚度基本没有影响。这种安装方式, 已应用于多座加热炉, 使用效果良好。由包头贝瑞工业炉公司为包钢特钢厂设计的步进梁式加热炉, 结合现场的实际情况以及严格计算, 步进梁上垫块以及卡块全部通常焊接, 现场使用情况良好, 具有一定的参考价值。

4) 耐热垫块尺寸

垫块上表面承受钢坯压力, 在加热普碳钢时平均承受压力可按1.0MPa~2.0MPa选取, 但合金钢和硅钢的承钢应力比普碳钢小得多, 承钢应力过大所造成的压痕是无法消除的。

条形焊接垫块长度可为150mm~250mm, 宽度可为25mm~50mm, 高度可为60mm~120mm;

条形骑卡块垫块长度可为100mm~200mm, 宽度可为40mm~100mm, 高度可为60mm~150mm。

7 水梁的绝热包扎

步进炉的水梁一般采用双层绝热包扎的方式, 里面一层包20mm的耐火纤维, 外层浇注50mm的自流浇注料。

在水梁上焊接有耐热钢材质的锚固钩, 用来固定耐火纤维和浇注料。

8 结论

现代化的步进梁式加热炉的水梁是步进炉的关键部位, 关系到炉子的加热质量、能耗、料坯的温差、使用寿命等。因此合理布置水梁, 合理设计水梁及立柱的结构形式, 采用合理的耐热垫块型式, 是步进梁式加热炉成功的关键因素。

参考文献

[1]王秉铨.工业炉设计手册[M].北京:机械工业出版社, 1996, 8.

[2]曹强, 梁春魁, 等.钢铁厂工业炉设计规范[M].北京:中国计划出版社, 2009, 2.

步进梁式加热炉 篇4

随着气体工业的发展, 高压气瓶已广泛用于工矿企业和交通、海洋、航空、医疗等国民经济各部门。气瓶是高压容器, 多为钢质, 为保证安全使用, 除要求有相应高的抗拉强度、屈服强度外, 还要求有高的伸长率和冲击韧性[1], 这就需要对气瓶进行相应的热处理。热处理炉是高压气瓶生产线的重要组成部分, 其控制精度直接影响到气瓶的质量, 本文以气瓶生产中常用的步进梁式热处理炉为例, 采用PLC与智能仪表控制相结合的方式, 实现高压气瓶热处理炉的自动控制。

1 控制方案

步进梁式高压气瓶热处理炉自动控制系统的主要任务是根据气瓶热处理工艺和过程控制要求对整个生产线进行控制和状态监控, 包括运送气瓶的辊道启停, 炉门的开关, 液压站油泵的自动控制, 步进梁的升降进退, 对热处理炉各个区加热温度的自动调节等, 同时对生产过程中出现的故障及时报警。整个系统主要分为两个部分, 即时序控制和温度控制。

1.1 时序控制

时序控制由进料控制, 步进梁控制, 出料控制组成。PLC是时序控制系统的核心, 所有设备都保留手动和自动两种控制, 手动主要用于调试和单机试车, 完成各种设备的单体动作, 自动用于正常生产。

进料控制是当系统安装于来料辊道上的行程开关检测到来料辊道上有料时, 延时后翻料气缸动作, 将气瓶坯料翻到与来料辊道垂直的进料辊道上, 进料辊道安装有光电传感器, 用来对气瓶计数, 完成生产量统计, 之后经过延时, 安装在进料炉门前方的定位气缸推出, 将气瓶坯料对中定位, 以防入炉后发生跑偏。

气瓶坯料在进料辊道上对中定位后, 进料炉门开, 坯料进入炉内, 停放在固定梁上。步进梁依次完成上升、前进、下降、后退的循环运动, 配合固定梁将气瓶坯料从炉子进料端一步一步向出料端移动, 这是时序控制的重点。本系统步进梁采用双轮斜辊式, 其传动机械有两层互相独立的框架, 上层是平移框架, 下层是升降框架。升降运动由一对液压缸驱动, 它们靠整体升降框架的刚性同步, 水平框架的运动由一个液压缸驱动。如图1所示。

炉内步进梁的运行轨迹, 采用分别进行升降运动和平移运动的矩形轨迹, 步进梁的原始位置设在后下极限位置, 步进梁在垂直上升过程中将气瓶坯料从固定梁上托起至上极限位置, 步进梁顶面由低于固定梁顶面升到高于固定梁顶面。步进梁前进一步, 坯料在炉内向前水平移动一个步距, 平移结束, 步进梁垂直下降, 将坯料放置在固定梁上。步进梁继续下降到下极限位置, 然后向后水平方向退回一个步距, 回到原始位置, 完成一个步进动作。这样多次循环, 气瓶坯料从炉子进料端一步步向出料端移动, 至出料炉门处气瓶坯料已被加热到预定的温度[2]。

出料主要完成出料炉门和出炉辊道的控制。当坯料在热处理炉中加热完毕后出炉, 根据气瓶的工艺要求选择是继续往下进行淬火处理还是进行正火处理。

1.2 温度控制

温度控制贯穿于气瓶坯料进入热处理炉到出炉的整个过程。温度控制部分主要由控制对象 (炉温) 、测温元件 (热电偶) 、智能温度控制仪和执行机构组成, 构成温度负反馈闭环控制系统[3]。如图2所示。

智能温度控制仪采用人工智能模糊控制技术调节炉温, 可进行模糊PID自整定, 其中比例调节可产生强大的稳定作用, 积分调节可消除静差, 微分调节可加速过滤过程, 克服因积分作用而引起的滞后。控制过程中, 由热电偶实时检测采集炉温, 输出模拟量信号至智能温度控制仪, 与设定温度进行比较, 进行PID运算[4], 然后向执行机构发出模拟量控制信号 (4~20 m A) , 自动调节气阀开度, 改变空燃比, 最终达到控制炉温的目的。

2 系统硬件设计

本文以某高压容器厂生产Ø219 mm中小型高压气瓶所用的步进梁式热处理炉为实例, 简要介绍其自动控制系统的硬件设计。

该厂用于气瓶热处理的炉子长20米, 为了保证沿炉宽方向的炉温均匀, 全部采用侧加热方式。炉体两侧面共间隔安装烧嘴13套, 用于点火, 从进料炉门到出料炉门依次分为4个区, 其中1区配备4个烧嘴, 2、3、4区各配备3个, 每个烧嘴都由一个烧嘴控制器用于点火控制, 烧嘴控制器有故障检测功能, 输出接至PLC输入模块。

按照不同的功能和强弱电分开的原则, 整个控制系统分4个控制柜, 分别是电源柜、PLC柜、仪表柜和电脑柜。电脑柜配备研华工控机作为上位机, 与PLC和智能仪表通讯, 通过力控组态软件设置人机画面, 采集现场信息, 监控整个系统运行状态。

进料炉门旁设置一个操作台, 用于需要现场调试或当PLC或通信线路发生故障时, 直接进行手动操作。操作台上设置可以控制进料辊道启停、翻料缸升降、定位缸进退、油泵启停、进料炉门开关、出料炉门开关、步进梁的升降进退等动作的开关, 以及急停按钮、自动启动/自动停止按钮和自动/手动切换旋钮, 并且由指示灯指示相应的状态。

2.1 PLC选型及输入输出设计

本系统时序控制中有大量主令电器和执行元件, 且输入和输出控制信号都是开关量信号, 故选用PLC控制。系统共需输入点48个 (其中烧嘴故障输入共有13个) , 输出点34个, 输入输出信号如图3所示, 分配地址从略。采用欧姆龙C200HE型PLC, 考虑到留余量, 用4个C200H—ID212模块, 3个C200C-OD212模块。

2.2 热电偶的选择

为了精确测量炉温, 选择适应氧化性气氛, 线性度好的K型热电偶, 测量温度范围为0℃~1 300℃, 为了保证测量结果能充分反映炉内实际情况, 在每个区的炉顶中央各装有一热电偶深入炉内检测炉温, 检测信号接至温度控制仪, 为了节省昂贵的热电极金属以及避免热电偶冷端受炉体热辐射等的影响, 在热电偶和温控仪之间用补偿导线连接。

2.3 智能仪表的选择

热处理炉温度控制系统是纯滞后, 大惯性系统, 还极易受到影响, 如环境温度、添加物料、开关炉门以及电网电压变化等都会影响温度的控制过程。为了提高温度控制精度, 本系统选用虹润HR-WP-X D925型智能温度控制仪, 它集温度数码显示、智能控制于一体, 采用了人工智能模糊控制, 采样速率250 ms, 而且在外给定基础上采用微分先行的控制方式有效的抑制了温度的扰动问题, 采用标准MODBUS RTU通信协议, 可通过RS232/RS485转换器与工控机通信, 同时可取代伺服放大器直接驱动电动执行机构。

2.4 执行机构的选择

采用广州施能公司的ST50E型电动执行器, 用于驱动需要0~90°旋转动作的所有场合。电动执行器接收智能温度控制仪发出的4~20 m A电流连续控制信号, 然后由两个轴端输出扭矩, 通过标准可调凸轮对燃气阀阀位做精确的调节, 从而控制燃气流量和空燃比, 达到自动调节炉温的目的。

3 控制程序设计与调试

3.1 智能温度控制仪的设定

为了实现对炉温的精确控制, 温控仪需要设置合适的参数。热处理工艺中, 时间和温度是最基本的参数, 工件的大小、材料、用途不同, 对加热的时间和温度要求也不同, 因此仪表参数根据经验选取。

3.2 PLC控制程序设计

本系统PLC控制程序设计主要包括报警程序、手动/自动切换程序和步进梁控制程序。报警程序是当烧嘴故障或步进梁走完一个循环所用时间超过设定值时, 输出警报。手动与自动控制方式要联锁, 不能同时有效, 手动/自动切换使用跳转指令, 当选择手动方式时, 程序顺序执行, 手动控制程序有效;当选择自动方式时, 跳过JMP (04) 和JME (05) 之间的程序, 执行JME (05) 后边的自动控制程序, 如图4所示。步进梁走完一个循环所用时间称为热处理炉自动控制系统的节拍, 根据不同类型气瓶的热处理要求, 在上位机组态画面中设置相应节拍时间, 变量连接至PLC的DM10, 系统自动启动开始, 程序用累加定时器指令TTIM (87) 计时, 同时用传送指令MOV (21) 将当前值传送至DM102, 然后用比较指令CMP (20) 比较DM102和DM10中的值, 当DM102中数值大于DM10中的设定值时, 输出节拍超时报警, 由于篇幅所限, 程序从略。步进梁控制程序根据控制流程图用步进指令编程, 步进梁控制流程图如图5所示。

3.3 控制系统程序调试

在CX-Programmer软件中完成热处理炉自动控制系统PLC梯形图程序编写。现场调试时, 在保证位置检测开关的安装准确可靠的前提下, 按照先手动后自动, 先单个设备运行调试, 后整体系统调试。自动方式下, 结合气瓶具体生产情况, 设定合适的智能温度控制仪参数以及PLC程序中各部分动作的延时时间, 分段调试程序, 反复调整, 直到满足工艺要求。

4 结束语

通过对步进梁式高压气瓶热处理炉自动控制系统的调试和对气瓶进行试生产试验, 结果表明采用PLC和智能仪表结合的方法控制热处理炉, 动作可靠, 调温精度高, 清晰直观, 减少了产品缺陷, 进一步提高了气瓶工艺质量。

参考文献

[1]罗先登.高压气瓶用无缝钢管的生产与进展[J].钢管, 1999, 28 (4) :1-3.

[2]张玉军.PLC在步进梁式加热炉自动控制系统中的应用[J].电脑知识与技术, 2011, 7 (31) :7789-7791.

[3]张静, 吴波.箱式热处理炉温度控制系统设计[J].煤矿机电, 2007 (5) :11-13.