一種加熱爐電阻絲的故障檢測(cè)裝置

一種加熱爐電阻絲的故障檢測(cè)裝置 技術(shù)領(lǐng)域 本發(fā)明提出了一種加熱爐電阻絲故障檢測(cè)方法和裝置 該裝置在熱室壓鑄機(jī)熔爐電阻 絲故障檢測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用證實(shí)了其可行性和可靠性 技術(shù)背景 工業(yè)生產(chǎn)過程中需要應(yīng)用大量的加熱爐來達(dá)到溫度控制的目的 加熱爐通常采用電阻 絲作為加熱元件 可以提供很大的加熱功率 但是隨著使用時(shí)間的增長(zhǎng) 電阻絲可能出現(xiàn) 老化 斷線等故障 電阻絲長(zhǎng)時(shí)間工作在這種故障狀態(tài)時(shí) 加熱爐功率必然降低 導(dǎo)致加 熱到預(yù)定溫度的時(shí)間延長(zhǎng) 嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起產(chǎn)品質(zhì)量問題 甚至重大安全事故 因此 電阻 絲的故障檢測(cè)就顯得十分必要 目前 電阻絲斷線檢測(cè)通常采用以下兩種方法 1 測(cè)量加熱爐電阻絲電流 通過電流傳感器檢測(cè)各加熱回路的電流 據(jù)此判斷電阻絲 斷線與否 但是由于溫度控制系統(tǒng)通常采用 PID 調(diào)節(jié)方式 當(dāng)實(shí)際測(cè)量溫度與設(shè)定溫度偏 差較大時(shí) 電阻絲電流也較大 當(dāng)實(shí)際測(cè)量溫度與設(shè)定溫度偏差較小時(shí) 電阻絲電流也相 應(yīng)減小 同時(shí)還應(yīng)考慮電網(wǎng)電壓波動(dòng)等干擾因素的影響 此外 在加熱回路較多的情況下 需要配置大量的電流傳感器 成本較高 因此 電流檢測(cè)法可靠性較差 成本偏高 不是 理想的電阻絲斷線檢測(cè)方法 2 利用萬用表測(cè)量電阻絲阻值 該方法能準(zhǔn)確判斷電阻絲的好壞 但是由于不能在線 自動(dòng)測(cè)量 必須切斷交流電源才能人工進(jìn)行 而且實(shí)際應(yīng)用中電阻絲一般密封在加熱爐內(nèi) 因此測(cè)量起來費(fèi)時(shí)費(fèi)力 且影響加熱爐的正常工作 實(shí)時(shí)性較差 也不是理想的電阻絲斷 線檢測(cè)方法 發(fā)明內(nèi)容 本發(fā)明的目的在于找到一種安全可靠 合理經(jīng)濟(jì)的方案 解決加熱爐電阻絲故障檢測(cè) 的問題 保證加熱爐的加熱功率 避免安全事故的發(fā)生 本發(fā)明簡(jiǎn)單可靠 安全方便 能 準(zhǔn)確提供電阻絲的故障類型和故障位置信息 有很高的應(yīng)用價(jià)值 為了解決當(dāng)前電阻絲故障檢測(cè)方法中存在的問題 本發(fā)明采用如下方案 一種加熱爐電阻絲的故障檢測(cè)裝置 該裝置主要由主控單元 MCU 恒流源單元 Is 信號(hào)調(diào)理單元 報(bào)警與故障指示單元 通信接口單元 多路開關(guān)單元 隔離驅(qū)動(dòng)單元 等部分組成 詳情請(qǐng)參看圖 1 其中 恒流源單元 Is 用于提供恒定電流 I 它通過中間繼 電器常開觸點(diǎn)對(duì)分別與各相電阻絲相連 此外 恒流源端電壓信號(hào)還要送到信號(hào)調(diào)理單元 進(jìn)行處理 開關(guān)單元可選用中間繼電器 KA 由主控單元控制多路開關(guān)單元在任一時(shí)刻只 選中某一路中間繼電器 經(jīng)隔離驅(qū)動(dòng)后使其線圈得電 各中間繼電器的常開觸點(diǎn)成對(duì)使用 分別與各相電阻絲和恒流源相連以構(gòu)成檢測(cè)回路 信號(hào)調(diào)理單元與主控單元的模擬量輸入 端相連 用于把從恒流源單元傳送來的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成主控單元可以直接采樣的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào) 主控單元是該檢測(cè)系統(tǒng)的核心 其主要功能是輪流選通各路中間繼電器 使其線圈得電 采樣各相電阻絲端電壓 對(duì)采樣電壓值進(jìn)行處理 判斷各相電阻絲的當(dāng)前工作狀態(tài) 通過 報(bào)警與故障指示單元輸出檢測(cè)結(jié)果 通信接口單元用于完成主控單元和溫度控制系統(tǒng)的通 信匹配 圖 1 加熱爐故障檢測(cè)系統(tǒng)原理框圖 具體實(shí)施方式 以該檢測(cè)裝置在熱室壓鑄機(jī)熔爐電阻絲斷線檢測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用為例 其硬件接線圖請(qǐng) 參看圖 2 熱室壓鑄機(jī)熔爐以電阻絲為加熱元件 為了提高其加熱功率 利用電阻絲構(gòu)成 兩組三相負(fù)載來加熱 熱室壓鑄機(jī)熔爐溫度控制系統(tǒng)采用過零型交流固態(tài)繼電器 SSR 作為 執(zhí)行元件 由溫度控制器通過 PWM 信號(hào)控制其通斷 以此達(dá)到調(diào)節(jié)交流功率的目的 從 恒流源兩端引出端線 a b 用于在某相電阻絲有恒流源電流 I 流過時(shí)采樣其端電壓值 A 實(shí)現(xiàn)思想 由于溫度控制具有大慣性 純滯后的特點(diǎn) 短時(shí)間內(nèi)切斷交流電源幾乎不會(huì)對(duì)被加熱 物體的溫度造成任何影響 又由于中線 N 對(duì)中性點(diǎn)位移的抑制作用 加熱爐可以短時(shí)間工 作在三相負(fù)載不對(duì)稱狀態(tài) 因此 可以每隔一定的時(shí)間 如一小時(shí) 短時(shí)間地切斷一次交 流電源 在切斷交流電源的這段時(shí)間內(nèi) 利用運(yùn)行速度較快的單片機(jī)控制恒流源 IS依次將 各相電阻絲分別通過恒定電流 I 然后分別采樣各相電阻絲的端電壓 并在單片機(jī)中對(duì)采 樣電壓值進(jìn)行處理以得到當(dāng)前溫度 由溫度控制器提供 下電阻絲的實(shí)際阻值 由于電阻 絲的阻值一般會(huì)隨溫度的變化而變化 故可以將各溫度區(qū)間內(nèi)電阻絲的理想阻值預(yù)先以表 格形式存儲(chǔ)在單片機(jī)中 將某溫度下各相電阻絲的實(shí)際阻值和理想阻值進(jìn)行比較就可以準(zhǔn) 確地判斷其工作狀態(tài) 正常 老化 斷線 局部短路 若其實(shí)際阻值與理想阻值的偏差 在某一范圍 稱為正常范圍 內(nèi) 則認(rèn)為該相電阻絲工作正常 若其實(shí)際阻值與理想阻值 的偏差大于正常范圍的上限 則認(rèn)為該相電阻絲老化或斷線 若其實(shí)際阻值與理想阻值的 偏差小于正常范圍的下限 則認(rèn)為該相電阻絲局部短路 當(dāng)各相電阻絲的工作狀態(tài)都檢測(cè) 完畢后 應(yīng)先切斷恒流源電流 再接通交流電源 使加熱爐繼續(xù)工作 B 實(shí)現(xiàn)方法 加熱爐的溫度控制系統(tǒng)一般采用過零型交流固態(tài)繼電器 SSR 作為執(zhí)行元件 并由溫度 控制器 如溫控儀 PLC 通過 PWM 信號(hào)控制其通斷 以此達(dá)到調(diào)節(jié)交流功率的目的 為了更好地與溫度控制系統(tǒng)配合使用 本發(fā)明提出的電阻絲斷線檢測(cè)裝置定時(shí)切斷交流電 源的定時(shí)功能由溫度控制器提供 在這種情況下 用于實(shí)現(xiàn)電阻絲斷線檢測(cè)功能的單片機(jī) 平時(shí)處于休眠狀態(tài) 僅在定時(shí)時(shí)間 如一小時(shí) 到時(shí)由溫度控制器提供信號(hào)將其喚醒 使 其進(jìn)行電阻絲故障巡回檢測(cè) 巡回檢測(cè)結(jié)束后輸出檢測(cè)結(jié)果 延時(shí)后自動(dòng)進(jìn)入休眠狀態(tài) 下面說明一些關(guān)鍵步驟的實(shí)現(xiàn)方法 圖 2 熱室壓鑄機(jī)熔爐電阻絲故障檢測(cè)硬件接線圖 a 交流電源通斷的實(shí)現(xiàn)方法 由于定時(shí)功能由溫度控制器提供 故可以在定時(shí)時(shí)間到時(shí) 由溫度控制器封鎖固態(tài)繼電器 SSR 的控制信號(hào) 以此切 斷交流電源 同時(shí) 溫度控制器還應(yīng)提供喚醒單片機(jī)的信 號(hào) 然后通過串行通信方式向單片機(jī)提供電阻絲的當(dāng)前溫 度 單片機(jī)巡回檢測(cè)結(jié)束后 向溫度控制器提供信號(hào) 使 溫度控制器解除對(duì)固態(tài)繼電器 SSR 控制信號(hào)的封鎖 接 通交流電源 b 單片機(jī)巡回檢測(cè)的實(shí)現(xiàn) 交流電源切斷后 單片機(jī)進(jìn)入巡回檢測(cè)狀態(tài) 由其控制各 中間繼電器 KA 線圈依次得電 當(dāng)某中間繼電器 KA 線圈 得電時(shí) 與其對(duì)應(yīng)相的電阻絲流過恒流源電流 I 采樣該相 電阻絲端電壓 在單片機(jī)中對(duì)其進(jìn)行處理后 根據(jù)前面提 到的方法就可以準(zhǔn)確地判斷出各相電阻絲的當(dāng)前工作狀態(tài) 中間繼電器 KA 起強(qiáng)電 弱電間的電氣隔離作用 c 恒流源電路的實(shí)現(xiàn) 恒流源的實(shí)現(xiàn)方法很多 可以根據(jù)不同的需要設(shè)計(jì)不