浅析低温电阻炉的自动控制原理与故障分析方法

王 猛，许 志，马兆男，王竹叶

(石钢京诚装备技术有限公司，辽宁 营口 115000)

1 电阻炉的现状和发展前景

电阻炉是机械、化工等领域应用较为广泛的设备，常用于淬火、正火、退火、烧结等[1]。工件热处理淬火后一般采用低温电阻炉进行回火。如果电阻炉的精密程度不高，经常会出现工件在热处理后硬度不均匀或达不到硬度要求的范围。随着工业技术的日趋成熟，对热处理的温度控制提出了更加严格的要求[2-4]。

近年来，经过不断的改进，热处理电阻炉的结构日趋完善，热处理后工件的性能得到了很大的提高。在电气控制方面，对于普通电阻炉，传统上采用接触器控制来设定温度。当达到设定温度时，接触器立即断电并转入绝缘保护状态，电阻炉稳定工作。当温度降低并低于设定值时，断电接触器会重新通电，导致接触器频繁通断，使触点烧损，严重时会导致短路事故的发生[5]。然而，随着组件集成技术的不断完善，通过小投资、高性价比的温控系统实现低温电阻炉电气控制是一个长期的发展趋势。

2 低温电阻炉的自动控制原理

低温电阻炉的温度控制是以现场的工控机组态王软件和富士PXF5/9控温仪表为核心，经调功装置由带状电加热元件向炉内供热，由热电偶与进口智能数显温控表、周波控制器形成闭环控制，自动控制炉膛温度。智能温控仪具有极高的精度、自整定、自适应功能，可以在组态王软件上设定温度曲线，实现自动运行，还可实现手动控制方式。

低温电阻炉的自动控制原理如下：根据传统的电阻炉要求，电气系统由变压器、晶闸管、电阻丝、控制柜、电压表、电流表等组成，在实际操作中，可执行相关命令，如对系统控制信号进行放大、执行等。可利用变压器将电网的高压进行转换，从而获得系统所需的稳定的380V电源。智能仪表控制电阻炉的温度一般情况下是通过改变晶闸管的导通角，从而控制电阻丝的加热，采用的方式一般为改变不同的输出电压。温度检测信号通过热电偶采集模块转换成相应的温度数字信号，送入智能仪表进行控制操作，最后计算结果通过送入晶闸管完全可以满足控制电阻炉温度的要求。

①石钢京诚装备技术有限公司采用的温度调节器是日本富士公司生产的新产品，型号为PXF5/9，它具有6种控制温度的功能，智能化和性能都极为先进，具有蓝色背景液晶屏，根据温度调节需要选择可同时显示设定值、测量值、可以选择手动、自动功能。②为了得到热处理监控系统的标准化软件，我们采用北京亚康科技有限公司开发的现有组态开发软件组态王，它具有优异的开发界面、强大的功能库、丰富的库和控件，简单的命令编程语言和标准化的通信接口，大大简化了系统软件开发的全过程。采用此标准化软件应用于实际生产中可以大大节省时间，而且可以保证软件运行过程中的可靠性和稳定性，最终方便了设备的系统维护。

组态王(King view)工控软件是近年来应用最为广泛的诸多组态软件之一。它的优点相对较多，如价格优惠、操作方便、界面友好、服务周到等优点，已成功应用于多个项目。它是一种在流行的PC机上建立工业控制对象人机界面的智能软件包。操作平台上选择广泛适用的XP中文操作系统，可以大大发挥Windows完整的图形功能、界面一致性好、适于学习和使用的优点。由于它采用了以PC机开发的系统工程，在实际应用中比专用计算机开发的工控系统的适用性更广泛。通过此种应用方法可以大大提高工控软件开发人员的工作效率，进而可以达到二次开发的目的。

周波控制器。 温度调节器输出直流信号(例如3-20 mA)，周期控制器根据这个信号决定每个操作周期中可控硅输出的周期数。如果实际生产过程中炉温距离设定温度很远，温度显示控制器的输出控制信号将会达到最大。在收到这个信号后，循环控制器将打开所有的晶闸管，炉子将上升到最大功率。当炉温接近设定温度时，反映出智能仪表的输出电流就会降低。例如，当它降低到12mA时，循环控制器将使晶闸管在其实际的运行周期内传导50%。周期可以设置为1s，1s内包含50个周期。然后在1s内打开25个循环，关闭25个循环。如果改变周期，将打开一个周期，关闭一个周期(即两个周期)。当温度不断改变并且接近设定温度时，温度显示控制器的输出电流就会变得越小。循环控制器将使可控硅在运行周期中开启和关闭更多。在恒定温度下，加热功率可以持续补充电炉烧损的热量，使炉温保持在设定温度。循环控制器可以控制传导周期的个数，从而可以达到加热功率的目的。由于周期控制器具有高频干扰性小、电磁兼容性好、不能使功率器件集中输出功率等特点，应用范围很广。

3 低温电阻炉的性能

电阻炉可根据实际生产需要选择手动和自动控制循环风机。例如：在低温炉内，采用对流换热的方式进行加热。在风道内安装电加热元件，通过风机迫使炉膛内空气循环，可以达到加强对流传热的效果。设备的保护功能非常完备，过压、过流、短路等设计精准，完全满足生产需求。

4 低温电阻炉的故障分析

4.1 案例一：电流表无电流

①首先检查周波控制器输出是否正常，用万用表测量周波控制器的输出电压，如输出电压正常，则不是周波控制器的故障，如测量周波控制器无电压输出，则检查和更换周波控制器。②检查可控硅，可控硅是单向导通的，维护人员粗心大意将可控硅安反后，会导致可控硅不导通，无电流通过，正确的安装可控硅后，电流表电流正常显示。

4.2 案例二：周波控制器无法自动工作

①周波控制器与温控表通信故障，或仪表通讯参数错误，周波控制器本身损坏或线路故障。②风机接触器故障，由于风机启动和仪表运行有联锁，故当风机故障时，周波控制器无法自动工作。

4.3 案例三：炉门和台车限位的故障

①操作控制箱上按钮全部失灵：此时检查电源指示灯是否亮；检查电动推杆上限位开关状态，是否到位，否则限位开关位置移动或损坏。 ②台车“到位”后炉门不能动作：此时需检查台车是否进到位，限位开关是否动作或相应继电器指示灯状态正确与否；检查开关是否损坏或其他线路故障。 ③炉门密封开关失灵：此时需检查炉门限位开关是否动作，是否损坏及继电器指示灯状态是否正确。 ④台车出动作失灵：此情况需检查炉门升限位开关是否动作，是否损坏及继电器指示灯状态是否正确。

4.4 案例四：通信故障

电阻炉计算机通信故障要分类检查故障原因。故障一般分为以下几种情况：①个别仪表通信故障，仪表通讯参数错误、仪表本身损坏或故障仪表线路问题。②全部仪表通信故障，通讯端口选择错误、通讯板卡损坏、通讯插头内短路、掉线或通讯总线路问题。

5 结束语

通过以上的介绍，我们了解和熟悉了低温电阻炉的电气控制原理，同时也对检修和维护电阻炉有了一定的认识，在处理电阻炉的故障中，不仅需要具备可控硅的检修方法，并且要熟悉现场各温控仪表的相关控制和操作原理，只有这样，当电阻炉出现电气故障时，我们才能快速、准确的找出故障点，完成设备的维修工作。