退火爐電氣控制改造

1、-作者xxxx-日期xxxx退火爐電氣控制改造【精品文檔】退火爐電氣控制改造 中冶長天重工科技發(fā)展公司 高永軍摘要： 通過對(duì)退火爐原系統(tǒng)附帶的觸摸屏重新組態(tài)控制程序，觸摸屏作為主機(jī)以MODBUS協(xié)議通過RS485端口和4臺(tái)溫控器、PLC通信，替換掉原來的工控機(jī)和英文控制系統(tǒng)。改造成本基本為零，還節(jié)省了一臺(tái)工業(yè)控制機(jī)，但是控制界面友好，參數(shù)輸入及參數(shù)檢查時(shí)間大幅縮短，報(bào)警、保護(hù)功能更加完善，使用安全可靠。同時(shí)通過控制調(diào)功器靈活限制退火爐最大的加熱功率，降低了供電系統(tǒng)的最大用電負(fù)荷，從而降低了企業(yè)的基本電費(fèi)。關(guān)鍵詞：退火爐， 觸摸屏，負(fù)荷控制，調(diào)功器，基本電費(fèi) 引 言我公司的RT-640臺(tái)車式退火

2、爐，最大加熱電功率640kW，最高允許加熱溫度為900，分為四個(gè)加熱區(qū)域?qū)ぜM(jìn)行退火處理。輔助裝置如臺(tái)車、爐門、報(bào)警、保護(hù)等的控制由一臺(tái)臺(tái)達(dá)DVP24 PLC完成，由若干信號(hào)燈和一塊臺(tái)達(dá)DOP-B07S200觸摸屏顯示個(gè)開關(guān)量信號(hào)的狀態(tài)。退火的溫度過程控制由一臺(tái)工控機(jī)對(duì)四臺(tái)日本島通（shimax）MAC30溫度控制器進(jìn)行加熱參數(shù)的設(shè)置和控制，加熱功率回路是由島通TAC30型SCR調(diào)功器提供電力。在使用中，也逐漸發(fā)現(xiàn)了電氣系統(tǒng)的以下不足之處：1.控制系統(tǒng)為英文界面，操作人員使用不便。甚至多次出現(xiàn)誤操作。2.每個(gè)控制區(qū)的控制參數(shù)的輸入和檢查、修改都要逐條在不同界面間頻繁切換輸入、確認(rèn)，使用非常繁

3、瑣不便。3.電爐絲接頭處頻繁發(fā)生燒毀燒斷的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響生產(chǎn)。4.電路最大加熱電功率過大，超過了正常退火所需的能力，雖然完全滿足了生產(chǎn)需要，但是嚴(yán)重抬高了我公司的的最大需量負(fù)荷，而我公司是采用最大需量計(jì)費(fèi)方式繳納電費(fèi)，因此過大的加熱功率成為我公司降低最大需量的障礙。對(duì)以上存在的不足，我們逐項(xiàng)的進(jìn)行了改造，取得了較好的效果。一、 觸摸屏應(yīng)用雖然原控制系統(tǒng)使用了觸摸屏和PLC聯(lián)機(jī)通信，但只是讀取顯示各個(gè)開關(guān)量的狀態(tài)，例如爐門開閉，加熱回路是否閉合等，且顯示的大部分信號(hào)都已經(jīng)由若干外部信號(hào)燈進(jìn)行了顯示，基本沒有發(fā)揮觸摸屏的作用。我們立足設(shè)備現(xiàn)狀，重新對(duì)觸摸屏進(jìn)行控制界面的組態(tài)，觸摸屏作為主機(jī)，仍然通

4、過RS232端口和PLC進(jìn)行通信，再使用另一個(gè)RS485端口以MODBUS協(xié)議和4臺(tái)溫控儀表通訊，對(duì)加熱過程進(jìn)行控制。第一控制畫面上一頁下一頁系統(tǒng) 時(shí)間本畫面為上電初始控制畫面：連續(xù)按壓屏幕中間區(qū)域5秒，屏幕背景燈會(huì)熄滅，可用來延長觸摸屏背景燈的使用壽命。若連續(xù)10分鐘不對(duì)觸摸屏進(jìn)行任何操作，將進(jìn)入屏幕保護(hù)程序，顯示動(dòng)畫或風(fēng)景畫面。再次觸摸時(shí)，畫面直接恢復(fù)到第四頁溫度曲線顯示畫面。第二控制畫面1-4區(qū)儀表運(yùn)行指示燈設(shè)置5-40步的加熱數(shù)據(jù)時(shí)再此輸入步數(shù)號(hào)1-4區(qū)儀表測量溫度本畫面為參數(shù)設(shè)置和控制畫面：系統(tǒng)自動(dòng)記憶保存上一次的參數(shù)，方便下一次直接調(diào)用。設(shè)置第一步控制加熱曲線數(shù)據(jù)：先將控制數(shù)據(jù)“加

5、熱溫度”、“時(shí)間”，“限制溫度”、“加熱步數(shù)”、和“起始加熱溫度”預(yù)先設(shè)置好，然后，按“第一步”紅色快捷按鈕后，將觸發(fā)后臺(tái)宏指令運(yùn)行，將預(yù)先設(shè)置的加熱數(shù)據(jù)分別傳入四塊控制儀表中的各相應(yīng)控制地址內(nèi)。傳送完成后，此按鈕會(huì)自動(dòng)彈回。設(shè)置第二步控制數(shù)據(jù)：由于是退火加工工藝，一般第二條溫度控制曲線，僅需要修改一下保溫時(shí)間即可，其他參數(shù)基本不用更改，然后直接按快捷鍵“第二步”紅色按鈕，將此預(yù)先設(shè)置的第二條加熱曲線的控制數(shù)據(jù)傳入四塊控制儀表。如有進(jìn)一步的曲線控制要求，與此相似，修改個(gè)別參數(shù)后直接按快捷鍵“第三步”、 “第四步”即可。更多的加熱步數(shù)：如果還有更多的加熱步數(shù)（最多能進(jìn)行40段加熱曲線的控制），可

6、以按綠色“步號(hào)按鈕”，輸入步序號(hào)后，即可將相應(yīng)的步數(shù)的控制參數(shù)傳入溫控儀表中。所有的數(shù)據(jù)輸入框如果出現(xiàn)超范圍輸入的情況，都會(huì)彈出錯(cuò)誤提示，防止出現(xiàn)超范圍輸入的現(xiàn)象。全部啟動(dòng)停止：為了防止意外啟動(dòng)，只有連續(xù)按壓黃色“全部啟動(dòng)”按鈕1秒后，系統(tǒng)才開始按照預(yù)先設(shè)定的控制數(shù)據(jù)開始進(jìn)行加熱。同時(shí)，綠色的1-4區(qū)儀表運(yùn)行指示燈變?yōu)榧t色并開始閃動(dòng)。直到加熱工序完成后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)停止加熱。同時(shí)，閃動(dòng)的紅色指示燈變?yōu)榫G色的靜止?fàn)顟B(tài)。如連續(xù)按壓黃色“全部停止”按鈕，四個(gè)加熱區(qū)將全部停止加熱。在后續(xù)的控制界面中，在更高操作等級(jí)的密碼界面下，還可以設(shè)置自動(dòng)定時(shí)開機(jī)功能，在設(shè)置好加熱控制參數(shù)和加熱時(shí)間后，按規(guī)定的時(shí)間段

7、自動(dòng)開始進(jìn)行加熱，這樣，不但有利于無人值守的控制，而且可以充分利用夜間谷期電費(fèi)僅有平期電費(fèi)0.45倍的優(yōu)勢，最大限度降低加熱用電費(fèi)用。操作權(quán)限控制：由其它畫面重新進(jìn)入第二或第三畫面，如果要更改儀表控制數(shù)據(jù)，首次輸入時(shí)，會(huì)自動(dòng)彈出一個(gè)密碼輸入框，只有輸入相應(yīng)等級(jí)的操作密碼，才可以進(jìn)行相應(yīng)等級(jí)的更改，用以防止沒有授權(quán)和低等級(jí)授權(quán)人員隨意更改控制參數(shù)和系統(tǒng)設(shè)置。各等級(jí)的密碼可以在系統(tǒng)設(shè)置界面重新更改設(shè)定。第三控制畫面設(shè)置5-40步數(shù)號(hào)步數(shù)快捷鍵此畫面可以顯示1-4區(qū)控制儀表的每一步的參數(shù)設(shè)置情況，以便檢查。同時(shí)也可以對(duì)每一塊儀表的每一步的參數(shù)單獨(dú)進(jìn)行設(shè)置和控制，以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的控制需求。第四控制畫面記

8、錄的1-4區(qū)溫度曲線每一溫度點(diǎn)的測量時(shí)間時(shí)間軸滑塊指示1-4區(qū)溫度曲線顏色此畫面顯示記錄的1-4區(qū)溫度曲線，前后拖動(dòng)時(shí)間軸滑塊，可以顯示不同時(shí)間段的溫度曲線；觸摸相應(yīng)的溫度曲線的某一個(gè)點(diǎn)，可以自動(dòng)彈出每個(gè)溫度點(diǎn)的測量時(shí)間和溫度值。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式：為了防止頻繁寫U盤，測得的數(shù)據(jù)是先存在觸摸屏的緩存區(qū)內(nèi)，然后自動(dòng)分批存入U(xiǎn)盤，為了防止記錄數(shù)據(jù)因停電丟失，斷電前也可以隨時(shí)用“存入U(xiǎn)盤”按鈕將記錄強(qiáng)制存入U(xiǎn)盤內(nèi)。由于記錄的一系列數(shù)據(jù)文件中含有CSV格式的文件，在需要時(shí)可以用電子表格軟件打開、打印記錄的數(shù)據(jù)和溫度曲線。由于具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，本系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)無紙記錄，沒有必要再使用昂貴的紙質(zhì)記錄儀表。第五控制

9、畫面時(shí)間軸滑塊記錄的1-4區(qū)溫度數(shù)值每一溫度點(diǎn)的測量時(shí)間此畫面直接顯示記錄的1-4區(qū)溫度數(shù)值，上下拖動(dòng)時(shí)間軸滑塊，可以顯示不同時(shí)刻每個(gè)溫度點(diǎn)的測量時(shí)間和溫度數(shù)值。由于觸摸屏作為主機(jī)，與PLC和控制儀表同時(shí)通信，這樣，PLC通過主機(jī)，在不使用價(jià)格昂貴的模擬量功能模塊的情況下，就能得到更多的溫度過程的數(shù)據(jù)，我們同時(shí)對(duì)PLC的控制程序也進(jìn)行了重新改編，通過對(duì)系統(tǒng)多點(diǎn)的溫度、電流等過程中數(shù)據(jù)的采集處理，加強(qiáng)了系統(tǒng)的報(bào)警和保護(hù)，從而也極大的提高了系統(tǒng)的安全性能。由于此觸摸屏具有多屏連接和以太網(wǎng)通信等遠(yuǎn)距離連接功能，這樣，作為一個(gè)控制可靠、保護(hù)完備的系統(tǒng)，就具備無人值守自動(dòng)加熱退火和遠(yuǎn)程監(jiān)控的的技術(shù)條件。

10、二、接頭故障處理整個(gè)退火爐有40多個(gè)電爐絲引線接頭，在退火爐使用初期，曾有30多次發(fā)生燒毀燒斷的現(xiàn)象，我們經(jīng)過分析，認(rèn)為有以下幾種原因造成：1. 電源線用一道U型鋼絲繩卡子直接壓在電爐絲圓柱狀的引線棒上。由于電爐絲溫度極高，通過引線棒傳到電線接頭，溫度仍然很高，接頭處銅線高溫氧化導(dǎo)致接觸表面電阻加大。2. 接頭處長期處于高低溫循環(huán)狀態(tài)，極易出現(xiàn)松動(dòng)。3. U型鋼絲繩卡子直接壓在電爐絲圓柱狀的引線棒上，有效接觸面積太小，導(dǎo)致接觸電阻增大。4. 電爐絲圓柱狀的引線棒表面高溫導(dǎo)致表面氧化，接觸電阻變大。根據(jù)公式P=I²×100mm的不銹鋼板，不但加大了接觸處的面積,還增強(qiáng)了散熱效

11、果，然后把壓有線鼻子的電源線壓接在不銹鋼板上，經(jīng)過這樣處理后，經(jīng)我們測量，40多個(gè)電爐絲接頭，在開爐期間的溫度僅在100左右，至今使用已一年，沒有一處燒壞，完好的解決了電線頻繁燒壞的問題。三、負(fù)荷控制退火爐在初始加熱階段，在目標(biāo)設(shè)定溫度遠(yuǎn)大于實(shí)際溫度的情況下，退火爐會(huì)以最大640kW的功率進(jìn)行加熱。由于功率過大，嚴(yán)重抬高了我公司的最大用電需量，所以非常有必要采用有效的負(fù)荷控制措施，把加熱功率適當(dāng)?shù)臏p小。由于四個(gè)加熱區(qū)域的電爐絲是對(duì)稱均勻分布，且是連接方式，雖然可以有選則的將每相中的某支路斷電或改為Y型連接，就可以降低最大加熱功率和保證三相電流平衡，但是，缺點(diǎn)顯而易見，這就需要增加大截面電纜和大

12、電流的接觸器，增加改造成本，且控制不夠靈活。再看加熱主回路使用的調(diào)壓調(diào)功器，PAC30A系列SCR調(diào)壓調(diào)功器是大功率可控硅模塊應(yīng)用技術(shù)的新產(chǎn)品。它集三相調(diào)壓/調(diào)功方式為一體，具有移相調(diào)壓、周波調(diào)功、過零調(diào)功功能。由上圖可以看出，調(diào)壓方式具有負(fù)載電流平穩(wěn)沖擊小的優(yōu)點(diǎn)，但由于電流波形不再是正弦波，在大電流情況下使用，它必然會(huì)降低系統(tǒng)的功率因數(shù)，而且還不可避免的給整個(gè)電網(wǎng)電源造成較大的污染。過零調(diào)功方式，雖然無法限制每個(gè)周波的電流，但周波過零的負(fù)載電流以全正弦波為單位均勻分布，對(duì)整個(gè)電源污染小。由于我們的電爐絲基本屬于恒阻（指冷熱阻變化小），選擇周波過零調(diào)功方式最為有利。有了調(diào)功器的周波過零調(diào)功方式作為基礎(chǔ)，如果溫度控制儀表的輸出最大給定值時(shí)能進(jìn)行縮小，那么，通過調(diào)功器就可以限制退火爐的最大加熱功率了。組態(tài)觸摸屏?xí)r，通過觸摸屏和PLC對(duì)溫控器的軟啟動(dòng)斜坡時(shí)間（地址Hex0060A，最大120秒）和模擬輸出上限比例（地址Hex05B5，0-100%）進(jìn)行讀寫，實(shí)踐證明最大模擬輸出上限比例設(shè)定在50%，即將總熱功率控制在320kW時(shí)，也可以完全滿足退火工藝的需要。此外，在外部有降容信號(hào)輸入PLC時(shí)，也可以有效控制退火爐功率下降，避免供電系統(tǒng)出現(xiàn)超最大需量而導(dǎo)致的加倍繳費(fèi)。退火爐通過以上改造，在改造費(fèi)用基本為零的情況下，達(dá)到了很好的效果，節(jié)省下一臺(tái)工控