愛協林熱處理連續爐控制

格特拉克（江西）傳動系統有限公司 （南昌 330013） 王陸軍

熱處理工藝控制已經從傳統的依靠熱工儀表監測工藝曲線、人工操作、中途檢測試塊并依據檢測結果調整工藝參數進行控制，向著完全自動化、智能化、精密化的方面發展。設備控制精度的提高和計算機控制技術的應用使得工藝穩定性、重現性得到極大的改善，從而使產品質量能夠得到更好的保證。下面以愛協林連續爐為例介紹熱處理連續爐的工藝控制方法。

一、連續爐的控制原理與方法

熱處理工藝控制的參數很多，主要是溫度、時間、碳勢氣氛的控制和氣體流量，影響冷卻速度的相關因素如電機攪拌速度、攪拌時間等，氣體壓力、爐壓及設備動作方面的控制。

愛協林連續爐的控制系統主要由外電路控制系統、PLC可編程控制器、操作臺（SIEMENSMP377）三大部分組合成一套完整的集散式的控制模式。外電路控制系統可分為兩路控制：一路是加熱系統，控制主爐各區加熱區、強滲區、擴散區，預氧化爐、回火爐、淬火油加熱系統，以及前清洗室與后清洗室的水溫加熱及烘干系統的加熱；另一路是動作控制系統，通過電動機、泵、閥實現控制料盤在軌道上的運動與停止、前進與后退、上升與下降，以及風扇的打開與關停，水量油量不足時補水補油。為保證安全性，每個動作都設置了運行條件，有些動作是互鎖的，通過PLC可編程控制器來實現。操作臺支持在線控制時采用西門子SIEMENS-MP377實現了人性化的操作控制，通過聯機使PC上位機可以實現監控連續爐的運行情況。

二、連續爐控制系統特點

愛協林連續爐控制系統由上述三大部分組合成完整的控制模式，通過MP377的擴展功能，可實現4個層級的控制。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整用控制系統，是最基礎、傳統的第一層級控制。操作臺（含按鍵開關及MP377）屬第二層級，利用MP377控制模塊的強大功能實現了對連續爐的在線直接控制。PC上位機通過MP377支持的擴展功能，聯機實現了對連續爐的監控，是第三層級。利用網絡PC機還可實現對連續爐的遠程監測與控制，是第四層級，主要用于支持軟件編程，實時觀察爐子的運行情況與歷史記錄，考慮到安全性，遠程控制一般不支持直接控制爐子的動作，不宜在線實時修改工藝參數指令。

1.主控制電柜

如上所述安裝在主控制電柜內的PLC可編程控制器和外電路組成調整用控制系統，在主控制電柜（見圖1）的面板上，對應各控溫區、碳勢控制點設有獨立的儀表。通過主控制電柜面板上的儀表可以非常方便地進行各種工藝參數的設置：如溫度、碳勢的設定，各種工作狀態查詢、記錄曲線的監視，以及溫度、碳勢的控制。

圖1 主控制電柜

另外，在主控制電柜的面板上還設有必要的電流表、電壓表、指示燈、按鈕和開關，通過觀察三相電流表可提示當前的三相負載狀態，通過開關按鍵控制各區的工作狀態。通常通過定碳片檢測爐內碳勢與爐子利用氧探頭測定的碳勢，顯示值存在差異且復測結果仍存在差異時，需要通過修正主控制電柜上的碳控儀（見圖2）設定值來校對。同樣使用標準測溫儀校對爐內溫度測量值與爐子利用熱電偶測定的溫度，顯示值有偏差時也要通過修改溫控表（見圖3）的設置進行校正。

圖2 碳控儀

圖3 溫控表

2.操作臺

操作臺（見圖4）為臺式鋼結構件，一般安裝在整條生產線的上料位置附近，以方便操作。在操作臺面板上設置了SIEMENS-MP377人機操作面板（見圖5），能夠顯示當前設備動作過程，運行狀態、位置，過程周期時間，以及每個區域當前的工步等，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及儀表進行通信，非常人性化的界面通過工藝控制實現各工藝參數的設定（如推盤周期時間、各區溫度、碳勢、工件前后清洗浸泡時間、水溫設定、工件淋水時間、工件淋油時間等），通過淬火工藝可設定工件淬火時間、淬火油溫度、電動機攪拌速度及時間等淬火工藝參數。通過設備控制實現對風扇、泵、閥及加熱手動或自動開關的控制。通過步驟鏈控制實現調整模式、手動模式、自動模式、啟動條件、自動開關等的控制?；疚恢梅肿詣涌倖?、SS1區（后清洗及回火爐）、SS2區（淬火油槽）、SS3區（主爐整個加熱強滲擴散區）、SS4區（上料臺及預氧化爐），設置了共320項啟動條件及基本位置，所有條件都滿足后才可以啟動自動運行，通過鼠標或直接觸摸顯示屏逐頁（共9頁）檢查各項條件是否全部OK（顯示綠色，重點關注紅色項，及時處理）。

重要工藝參數溫度和碳勢各自獨立設置了溫度控制與碳勢控制，詳細顯示各控制點的設定值和實際值與上下偏差值。為了保障安全，針對甲醇丙酮化學危險品，只有每項供氣條件都顯示OK（得到滿足）才可以開始供送氣體，降溫、停爐、保溫時要及時停止氣體供應，需要人工操作打開或關閉閥門，這點必須特別注意。系統在突然停電或溫度降至760℃以下時會自動打開安全氮氣開關置換爐內氣氛，以保證安全。工藝控制通過程序模式設定可以編輯、修改、更改及保存，裝載程序實現直接在現場控制，這種即使PC機故障時，設備仍然可以繼續工作的控制模式，確保了設備的高可控性。

圖4 操作臺

圖5 SIEMENS-MP377操作界面

3.上位PC機

上位PC機（見圖6）通過工藝編程輸入工藝參數聯機導入操作臺，實現對工藝的控制。利用PC機大容量儲存器的功能，上位PC機更大的作用是對歷史數據的保留與查詢，由于上位PC機一般安裝在帶空調的主控室內，也方便管理人員和操作人員實時監控爐內生產狀況。編程軟件主要內容包括系統總覽、工藝參數、故障報警、數據記錄、過程參數、料盤跟蹤、離線仿真、口令管理、系統幫助和退出。通過總覽界面可以觀察連續爐的整個狀態，出現故障報警及時到相應的區域現場處理，或在線處理后還需要到現場再確認。點擊對應料盤可以了解此料盤的全部生產過程信息，查詢生產記錄，工件數據可以查詢全部歷史數據。

圖6 上位PC機控制界面

4.網絡遠程控制

用戶PC機可通過網絡與上位控制PC機相連，管理人員可以在辦公室內隨時查詢和修改生產過程中的各種工藝、生產數據，以便更好地指導和管理生產。為了安全起見，大多僅使用查詢功能或不支持采用，要求直接到現場解決問題。熱處理連續爐制造商也可以通過網絡在線觀測爐子的使用情況，還可以對軟件程序進行升級完善。

三、結語

熱處理連續爐控制系統集成了機械原理、電氣原理、軟件控制技術，融合了電工學、物理學、熱學、熱力學、化學和熱處理相關知識，多學科交叉復合，綜合性很強。采用PLC可編程控制器、SIEMENS-MP377控制系統、PC計算機控制，控制精度高，可靠性高。