油淬火回火钢丝感应加热温度控制方式探讨

SteelWireProducts2004年8月

August2004

油淬火回火钢丝感应加热温度控制方式探讨

李舒亮

(新余高等专科学校　338001)

搞　要　介绍油淬火回火钢丝生产线感应加热温度控制的2种方式及系统组成,开环控制对钢丝性能的影响较大,对操作要求严。闭环控制通过建立合适的数学模型可以达到精确的温度,生产出符合质量标准的优质产品,替代铅回火可减少污染。

关键词　油淬火回火;温度控制;闭环中图分类号　TM924.5

InquireintoTemperatureControlModeofInductionHeatingforOil2temperedSteelWireLiShuliang(XinyuJuniorCollege　338001)

Abstract　Tointroducetwokindsoftemperaturecontrolmodesandsystemcomposingforinductionheatinginoil2temperedsteelwireproductionline.Theopenloopcontrolhasbiggereffectonthepropertyofsteelwireanditsoperationrequirementsarestrict.Theclosedloopcontrolcanobtainaccuratetemperaturebyestablishingappropriatemathmodel,withwhichcanproduceexcellentproductsaccordancewithqualitystandard,atthesametimethatitreplacesleadtempercanavoidpollution。Keywords　oil2tempered;temperaturecontrol;closedloop

　　传统的油淬火回火钢丝加热是采用气体或油喷

嘴直接燃烧加热的马弗炉,或采用电热元件加热,回火则通常采用铅浴。这些加热方式的缺点是钢丝易氧化,需采取保护气氛控制,且奥氏体晶粒易长大,影响产品的疲劳性能;回火处理用铅浴方式易造成钢丝表面挂铅,给职工身体健康和环境带来严重影响。将感应加热运用到油淬火回火钢丝热处理的新工艺,加热速度快,可以把弹簧钢丝调质为细晶粒显微组织,从而使弹簧钢丝的力学性能达到较好的指标。1　温度开环控制方式

上,变换器的输出信号到顺序逻辑控制板(LAR板),

逻辑控制板上的信号送到GR板(功率曲线板),每一规格的线径对应一条功率曲线(即一个通道),GR板产生的信号控制中频炉整流板,使中频炉功率跟随变化,当温度达不到要求时,还可微调自动功率电位器,使之达到要求值,其原理框图如图1所示。2　温度闭环控制方式

开环控制采用的是传统控制理论,控制量都是模拟量,一种规格只对应一条曲线(通道),预应力钢绞线及PC钢棒,大多采用此种控制。油淬火回火钢丝在要求不是很严格的情况下也可采用这种控制。为了使产品质量及设备水平上一个新台阶,上述控制系统可采用数字式温度闭环系统替代,模拟控制中的LAR,GR板,可用一个小型PLC如S7-200代替,炉温控制采用PID控制算法,控制原理是先求出实测炉温和所需炉温的偏差值,然后对偏差值处理而获得控制信号调节加热功率,以实现对钢丝温度的控制,其控制方框图如2所示。

油淬火回火钢丝生产工艺流程:放线→矫直→感应加热→均热→淬火→感应加热→均热→水冷→收线。

按照生产工艺流程,炉子的温度虽然是开环控制,但功率可采用手工或自动控制方式,手动因没有自动跟随功能,完全靠人的感觉调节,因此,手动只有在设备出现故障时,进行应急生产或检测时使用,正常生产一般不采用。自动跟随控制的原理:牵引轮的速度信号经检测后送到一个电压变换器TVDC

・32・

金　　属　　制　　品第30卷

图1　开环感应加热原理框图

图2　闭环控制示意图

编写程序时按照速度与功率推导的数学公式,在调

试中对各个参数作细微的修改,达到控制要求。温度闭环控制PID的数学模型,采用的是偏差控制,根据控制理论,PID控制的数学方程:

1tde(t)∫(1)u(t)=Kpe(t)+0e(t)dt+Td

Ti

dt

e(t)=r(t)-y(t)称为偏差值,可作为温度控制

　　图2中变送器选择S05-99C,由毫伏变送器和

电流/电压变送器组成,毫伏变送器用于把红外线测温仪输出的0～50mV变成0～10mA的电流;电流/电压变送器用于把毫伏变送器输出的0～10mA电流变换成0～5V的电压,作为一个模拟量输入PLC中模/数转换模块EM235。给定温度通过人机界面SIMATICWinAC传送给PC机,由PC机送达PLC,在PLC内完成PID运算及功率和牵引速度的匹配,最后由PLC的模拟输出模块输出电压控制中频炉功率,从而实现对钢丝温度的控制。3　数学模型的建立

的输入信号,r(t)是给定信号,y(t)为被测变量值;KP

为比例系数;Ti为积分时间常数;Td为微分时间常数;u(t)为控制器的输出控制电压。当数学模型建好后,在编写和调试程序时,可对程序进行在线仿真和修改,因整个系统是闭环控制,即使温度有点波动,系统也会自动修正,使温度最终稳定在设定值上。4　操作控制模式

采用闭环数字控制,必须建立合适的数学模型,

才能避免系统振荡,实现精确控温。建立两个数学模型:一个是用PLC实现LAR,GR板控制功能的速度、功率之间相匹配的数学模型,另一个是PID调节器数学模型。前者是以速度及功率两者之间曲线关系为基准,速度与功率的关系如图3所示。

控制操作采用SIMATICWinAC(视窗自动化中心)界面,因它基于WindowsNT/2000操作系统和标准的接口(ActiveX,OPC),提供软件PLC,这样在PC机上就可实现控制及其它自动化功能。启停给定可在上面进行,系统的各参数及运行故障都可在屏幕显示。如加热温度值、回火温度值、线速度、钢丝直径等,每一种规格都有一套相应的参数对应,屏幕上有键盘供设定和修改参数用。在此种方式控制下,只要温度仪的温度设定好及功率主给定在适当的位置上,温度就不会随速度的细小变化及电网电压的波动和别的干扰影响而变化,基本恒定在一个温度点上。5　结语

油淬火回火温控系统经过闭环控制后,再配合适当的均热,可取得以下效果:(1)因生产线的启停都是自动控制,节省了原料;(2)加热更均匀,避免温度不稳引起的金属内部缺陷;(3)人为因素减少,操作人员的劳动强度降低。

图3　速度与功率关系

(收稿日期:2004-04-30)

图3中,a1a2,a2a3,a3a4是不同的曲线,在建立

数学模型时要分别对待。在这里采用控制理论中近似原则,每一条曲线都用一个数学公式近似逼近。

作者简介

李舒亮　1966年8月生,新余高等专科学校计算机系讲师。