微型计算机在中频感应烧结炉上的应用

陈 伟

（自贡硬质合金有限责任公司成都分公司，四川成都 610100）

0 引言

中频感应烧结炉工作原理是将三相工频50 Hz 交流电整流成直流电，再把直流电变为可调节的中频（300～2500）Hz 电流，供给电容倍压后，使盛放在感应线圈里的金属材料中产生强大的涡流而发热。中频感应烧结炉是生产钨钼合金（钼顶头）产品的主要设备。中频感应烧结炉工艺，影响钨钼合金的质量，严格精准控制烧结工艺过程，才能生产高质量的钨钼合金。自动精准控制中频感应烧结炉升温过程，确保中频感应烧结炉烧结工艺的质量。

传统中频感应烧结炉烧结控制工艺采用手动人工调节中频电流和中频电压控制中频炉的温度，这种方法存在难以解决的问题。①产品质量波动大，一致性差；②升温系统误差大，很难保证钨钼合金的质量；③不能精准实行均衡的用电；④操作人员工作时间长，劳动强度大；⑤缺乏能耗自动统计功能。采用工业微型计算机应用于中频感应烧结炉，提高钨钼产品质量及产品一致性。

1 系统结构及工作原理

系统由工业微型计算机、温度可编程控制器、大屏幕LED液晶显示器、HP 激光打印机、中频感应烧结装置组成，保留原来人工手动操作的电路和中频电流、电压表和中频功率统计表。上位机为工业级微型计算机，对中频感应烧结炉升温工艺程序系统进行中频工艺监视和能耗统计管理。制定工艺曲线或修改工艺升温参数，实时显示中频炉参数（温度、中频电流、电压、日期时间）、工艺流程、故障状态、能源统计及打印报表。下位机为专用控制模块工业控制机（工控机），每台可独立控制1 台中频炉，整个系统可实现9 台中频炉的群控，也可通过键盘实现中频温度工艺修改和设定控温曲线功能，并随时与上位机实现联络通讯。系统结构见图1。

2 系统硬件和软件

系统硬件采用高精度、性能可靠的日本岛电（FP23）智能温度控制器，配合型号RAYMR1SCSF 雷泰红外测温仪和西门子PLC（Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器）完成模拟量和开关量控制，以标准现场总线与上位监控计算机通讯，构建友好的人机操作界面，保留设备原有的仪表和中频逆变装置，实现控制系统的组态，完成各种复杂的控制指令。

图1 系统结构

中频感应烧结炉温度控制软件设计，由主机和下位机2 部分组态软件组成。主机管理程序的设计采用模块软件结构，便于功能扩展。管理程序由Windows、C++和汇编语言3 种语言编制。炉温控控制系统（菜单1）和工艺管理部分（菜单2）采用Windows 语言和C++语言软件设计，主菜单3 和菜单4（实时监控）部分由汇编软件语言编制。程序管理操作采用从上到下逐级菜单显示方式，用户简单的操作便可监控中频感应烧结炉控温过程。主机系统由3 部分程序组成，主机温度控制软件系统见图2；下位机运行软件由菜单4 组成，下位机主程序流程见图3。

3 抗干扰防火墙

工业生产环境恶劣，为防止中频感应烧结炉现场强磁场、高温、灰尘多和各种高次谐波的干扰，提高系统的稳定性，采取如下改进措施。

3.1 信号隔离及滤波处理

系统数字量输入、输出通道，模拟量输入、输出通道，采用新型光电隔离器，在电源进线端，设置西门子隔离变压器以及具有抗强干扰的工控机电源，彻底滤除电网输入的髙次谐波干扰，特别是当中频炉主回路停、启时所产生大电流干扰发生时，确保控制系统能正常运行。

图2 主机温度控制软件系统

3.2 精准处理超调惯性

采取措施杜绝振荡电流。①软件设定工作电流在±2.5 A 范围内波动，电流调节系统不予动作；②输入端A/D（Analog/Digital，模拟量/数字量）信号接入合适电容给予滤波处理，滤去瞬变的干扰信号；③工作电流整定采用PID（Proportion Integration Differentiation，比例积分微分）调节，快速平滑调整电流；④由软件分段处理调整电流的大小。

3.3 采用高性能“看门狗”

为保证工业微型计算机和软件系统可靠工作，防止微型计算机因“死机”造成产品报废，系统采用高性能“看门狗”。软件设计时增加故障停电和临时停电记忆功能，重新送电时，工业控制计算机自动从停电断点处开始执行升温工艺，从而保障烧结产品的质量。

3.4 处理接地信号

为确保控制系统可靠运行，防止接地系统中所有电路使用同一个系统的零位地，把模拟接地信号和数字接地信号分开处理。控制系统应用经典浮地来处理系统接地，微型计算机的电源与电路信号各接口不共地，数字和模拟信号系统彻底分离。

4 改进后的功能

工业计算机可分屏和同时显示各种画面，实时显示电流、电压、能耗、炉温。改进前的中频烧结温度控制精度≤±2.5%，改进后温度控制精度≤±1.0%。工艺参数设定、实时调用、修改、读取、发送、接收工艺曲线，上下位机实时通讯。实现每台炉子生产的产品批号、产品重量、电能消耗等数据自动统计。计算机存储空间大，可存储1 年以上历史数据、曲线图。故障自诊断功能（过压、过流、缺水、缺相等），能自动故障声光报警和数据记录，具有完备的报表管理功能。可自动实现均衡用电负荷，可实现每台炉子的能耗比较和优化。手动/自动完成中频烧结的控制功能。

5 结束语

图3 下位机主程序流程

采用微型计算机改进中频感应烧结炉提高控制系统的可靠性、测量精度和控制性能，提高产品质量，中频炉装置自动化程度的提高，大幅度减少操作人员劳动负荷，降低中频烧结的能耗。微型计算机的精准控制在现代自动化控制中具有较高的可靠性，模块设计思想方便软件组合，融入人机界面的系统配置，是经济实用、方便、可靠、集成一体的工业炉自动化系统配置方案。