应用于热冲压生产线的多层箱式加热炉控制方案

黄登峰

热冲压技术是将钢材加热到一定温度，然后送入有冷却系统的模具内冲压成形，变成硬度更高的钢板。国家科技部“十二五”汽车零部件轻量化工程项目：首条国产化汽车零部件热冲压生产线在湖北襄阳汽车高新区开始试产，而应用于首条国产化热冲压生产线的多层箱式加热炉炉温控仪表全部选用厦门宇电自动化科技有限公司的AI系列仪表及宇电DCS组态软件,武汉一控自动化科技有限公司承建整个多层加热炉控制系统工程。

多层箱式加热炉控制系统技术方案

多层箱式加热炉由宇电719P型精密工业智能调节器与宇电DCS计算机软件系统构成的二级分布式控制系统，可对生产工艺曲线进行自动计算、操作、显示、存储，实现全过程控制；按工艺曲线要求自动控制炉内的温度、时间等参数，任务是保证多层箱式加热炉温度控制系统安全、可靠、平稳、高效、经济地运行在炉温设定值X±1.5℃的控制范围内。宇电DCS操作站完成技术、操作人员进行计算机实时监控和工艺参数设定值与仪表同等级改变，从而调整工艺温度设定值，实现温度实时记录，历史数据查询，数据储存，打印功能。

全系统：包含温度控制21区（两台A/B炉10个炉膛20温区；氮气加热1温区）、温度监测10区；压力控制11区（压力变送器11台，进气阀10台，放气电磁阀10台，压力控制阀1台）、炉门开关采用光电开关控制（两台加热炉10个炉门启闭与机械手装卸系统进行配合）氮帘10个点（电磁阀控制，只在炉门开氮帘送氮气时）、抽风罩（开门前抽风罩自动下至开的炉门上口）及紧急断电控制。

温控系统：多层箱式加热炉主控仪表选用21台719P型50段程序智能调节器，输出4~20m A给SCR三相电力调功器触发晶闸管来实现调压功能。719P具备通信功能，通过RS485接口将温度信号传送给DCS系统操作站用来操作及监视；同时，操作员可在操作站上对调节器的温度设定值（SP）等信息进行修改，达到温度的监视和控制。当然智能调节器也可对温度进行设定和调节。为避免加热炉A/B炉10个炉膛同时加热功率消耗，浪费资源。系统可设置加热炉加热方式，该炉加热升温采用从下至上的加热方案，即：第一炉膛到温时，第二炉膛可开始加热，第二炉膛到温时，第三炉膛开始加热……。温控加热装置为武汉一控自动化科技有限公司结合多年电加热控制经验，自主设计开发SCR三相电力调整器；使用德国西门康晶闸管模块，高散热性能的插片式散热器及耐高温滚珠轴承式风扇组合而成；集三相调压/调功方式为一体，具有自动判别相位、上电缓启动、缓关断、散热器超温等功能。同时，719P调节器输出跳转并报警功能开关量信号，可以控制炉门开断电互锁，机械手与炉门互锁。另增加10台701A型显示仪输出报警信号反馈PLC，使用西门子M227模块与S7400系统（机械手）实行全自动化控制，达到整个自动化生产线控制的效果。

炉压控制系统：选用11台701AI4L2L2S4仪表与压力变送器连接，设置上下限范围使炉内氮气压力控制在最佳值，保证炉内热气流充分利用，同时确保炉外冷空气不会吸入。保护气体按工作要求自动通/断；炉门按工艺时间自动启闭。炉门开启抽风系统，开炉门时加热断电保护，抽风罩动作送风至该炉门，炉内泄压，炉门开，进气阀开，外机械手装卸炉膛内的工件，机械动作控制分手动和自动二种控制方式。手动方式是每个设备都可任意通过面板按钮点动操作。自动方式是按照工艺要求自动完成当某一层炉膛温度到一点时间，自动打开炉门，打开氮气帘，打开进气阀通气，保证炉膛内微正压，同时将抽风罩下降到该层炉膛将炉膛内排出的氮气抽走，同时输出机械手允许动作信号，等待机械手取料后加料，待机械手发出加料完成信号后关闭炉门，关闭氮气阀，抽风罩回到原位。

在断电、缺相、断偶、超温、过载、短路、过电压、炉门动作异常等情况下，声、光报警、保护相关部位运行互锁功能。

电量采集系统：采用10.4i n触摸屏进行电量监控，把每区的电流电压表信号传到上位机进行电量控制，需要随时监视加热炉的工作电流和电压，对于三相加热炉需要折算显示每相功率（有功功率）实际功耗的累计，每区缺相，低电流进行警报功能。