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实验电炉

老式接触器控制箱式炉控温系统改造为PID可控硅控制案例

 

军工品中很多弹体材料的退火回火等热处理工艺常常会用到箱式炉,所以在军工企业中的箱式电阻炉应用很广泛。随着科技进步和时代发展,对军工弹体材料的热处理性能要求日益增高,对箱式电阻炉设备的控制性能也越来越高。而目前很多军工企业的箱式电阻炉设备使用年限很长,有些超过20年以上,箱式电阻炉控制系统还是采用20多年前的老式温度控制接触器,控制器各个器件也老化了,某些器件已停产无法更换,且可靠性差,控制精度差,导致故障频发,造成产品的质量事故。下面以某军工厂1台30年前老式接触器控制温控系统为例,介绍利用PID控制仪表改造老式箱式炉温控系统的过程。
 
一、概述
 
    鉴于该厂此台箱式电阻炉控制系统使用年限超过30年,控温性能差,可靠性差,需要进行技术改造,决定采用PID控制仪表及双向可控硅取代原有接触器主电路控制系统,并增加报警系统使箱式电阻炉运行稳定可靠噪声小。
 
    改造后的箱式电阻炉主要由:主电路部分、温度控制系统、报警系统等。
 
二、箱式炉主电路
 
    箱式电阻炉主电路图如下,原来的接触器主电路改造成双向可控硅主电路,利用双向可控硅的开关特性实现对箱式电阻炉电源通断的控制。为了对双向可控硅进行有效的保护,在电路中增加了快容保护系统以及阻容吸收保护电路,以防止电路故障时的过流损坏双向可控硅。为了实际生产需要,需要控制双向可控硅工作的触发信号,在控制电路中增加了一个继电器手动控制触发信号。
 
 
 
 
    采用了大的轴流风扇对可控硅进行冷却,通过生产过程检验,满足使用要求。为了防止在冷却系统未送电时电阻炉送电,导致双向可控硅温度过高而损坏,在冷却电路中并联了一个继电器KM1,确保在冷却电路送电后,箱式炉控制电路才能工作。
 
三、PID温度控制系统
 
    温度控制系统如图2,采用XMA-5000温度智能控制表,该仪表具有高速14位高精度A/D转送器,万能分度号输入,具有热电偶冷端补偿,自动稳零及非线性处理技术,长期运行无温漂。XMA-5000温度智能控制器采用PID算法及PID自整定技术,保证了系统不超调,不欠调,控温精度可达到1℃。XMA-5000系列智能PID调节器可软件设置输出上下限幅值,支持外部手动限幅;定值控温模式下升温速率可设定,可分段限幅,具有恒温计时功能;含50段时间程序存储地址,时间曲线条数可灵活设置,人性化跟踪运行;各段时间程序可分别限幅,有效减少超调;支持多种输出方式:变送输出、固态继电器输出、可控硅触发输出;支持MODBUS-RTU通讯协议,RS485硬件接口,通讯接口具有高压、大电流等保护功能;校正数据具有备份/恢复功能。
 
 
 
    采用了双报警系统,使电阻炉工作更加可靠,还应用了一块温度显示仪表对炉温进行二次监控,减少因温控器故障使电阻炉跑温造成质量事故。
打印电路可对产品的加热时间进行跟踪打印,以确定材料达到生产时所需的加热温度及保温时间。
 
四、箱式电阻炉控制电路
 
    箱式电阻炉的启动控制电路如下图所示,其中QF3为XMA-5000温度控制仪表的电源控制开关。SB1为启动按钮,当启动按钮SB1闭合后,使继电器KM通电工作,KM的常开触点闭合,,接通电路,使温度控制电路进入工作状态。
 
 
 
    为了满足质量安全标准,在电阻炉炉门开启时,电阻炉应自动断电,防止触电事故的发生。为了满足这一要求,在电阻炉控制系统电路中串接了一常闭触点。当电阻炉炉门开启时,该常闭触点断开,控制电路电源断开,继电器KM失电,断开温度控制器的可控硅触发信号,双向可控硅停止工作,电阻炉停止送电。
 
 
五、结束
 
    该箱式电阻炉设备改造后运行稳定,没有因设备自身的原因发生故障,较改造前有了明显的改善,提高了生产效率,达到了同类设备的先进水平。