宇電儀表在碳管電阻爐改造項目的應(yīng)用
摘要：現(xiàn)有的碳管電阻爐不能符合生產(chǎn)要求，需要通過利用宇電溫控表，MCGS觸摸屏以及電力調(diào)整器進行技改，再利用MCGS觸摸屏與臺達變頻器，宇電溫控表進行RS485通訊，記錄生產(chǎn)數(shù)據(jù)， 使用電力調(diào)整器進行相位控制，提高碳管電阻爐的效率，方便維護、維修。通過生產(chǎn)驗證，本次的設(shè)計能夠符合技改要求，具有良好的應(yīng)用價值。
關(guān)鍵詞：宇電溫控表；MCGS觸摸屏；電力調(diào)整器
0 引言
碳管電阻爐是間歇式作業(yè)電阻爐，在保護氣氛下使用，工作溫度2200°C, 供碳化物（如碳化鎢、碳化硼等）和其他高溫材料，以及硬質(zhì)合金的燒結(jié)、加熱用。目前的碳管電阻爐電氣控制方式較為簡單，容易發(fā)生故障，無法滿足生產(chǎn)要求，因而對其進行技術(shù)改造，利用宇電儀表，MCGS觸摸屏以及電力調(diào)整器進行控制生產(chǎn)，使得該設(shè)備滿足生產(chǎn)、研發(fā)的需要，并為生產(chǎn)現(xiàn)場和生產(chǎn)工藝流程的精細化管理提供可靠數(shù)據(jù)，進一步降低設(shè)備的使用故障，方便維修。
1 碳管電阻爐的現(xiàn)狀電控方式
目前碳管電阻爐的溫控系統(tǒng)原理為：通過高溫輻射儀檢測爐內(nèi)溫度，把爐內(nèi)溫度信號傳到溫控表，溫控表對交流接觸器進行控制，該方式接觸器直接控制加熱器，噪音大、可靠性低且控制精度差，且沒有生產(chǎn)記錄，改造該系統(tǒng)時為了解決這一問題，采用了宇電儀表進行PID調(diào)節(jié)并輸出4-20MA信號控制電力調(diào)整器，利用MCGS與宇電儀表進行RS485通訊。
2 碳管電阻爐改造
在本次的技改中要用到MCGS觸摸屏與變頻器，宇電溫控表的型號如下表1所示。
表1 元器件型號表
系統(tǒng)組成如圖1所示：
圖1 系統(tǒng)組成圖
2.1宇電儀表的運用
本次改造用的是宇電儀表AI-808，該儀表采用了先進的模塊化設(shè)計，可以方便用戶進行自由組合購買，本次用到的模塊有X3光電隔離型線性電流輸出模塊；S光電隔離的RS485通訊模塊。該儀表與電力調(diào)整器的電氣控制圖如圖2所示。
圖2 碳管電阻爐的溫控系統(tǒng)技改后的電控簡易圖
AI-808溫控表具備參數(shù)自整定功能，可以方便用戶確定在系統(tǒng)中PID參數(shù)（M5、P、 T），結(jié)合本次用到的電力調(diào)整器，使到碳管電阻爐的溫度控制更加精準。
2.2 MCGS的運用
MCGS的設(shè)計過程如下：新建工程-構(gòu)件實時數(shù)據(jù)庫-生成圖形界面-定義動畫連接-設(shè)備窗口組態(tài)-運行策略組態(tài)-測試。按照這個設(shè)計過程，下面將進行詳細介紹。
2.2.1工程框架
該控制系統(tǒng)的工程框架如下：
5個用戶窗口：啟動、主頁、變頻器設(shè)置、溫控表設(shè)置、歷史記錄；
3個循環(huán)策略：分別用于3個生產(chǎn)班次的記錄控制。
2.2.2構(gòu)件實時數(shù)據(jù)庫
實時數(shù)據(jù)庫相當(dāng)于一個數(shù)據(jù)處理中心，同時也起到公用數(shù)據(jù)交換區(qū)的作用。本次設(shè)計MCGS的數(shù)據(jù)庫定義如表2所示。
表2 MCGS實時數(shù)據(jù)庫定義表
2.2.3組態(tài)用戶窗口
用戶窗口中可以放置三種不同類型的圖形對象：圖元、圖符和動畫構(gòu)件。圖元和圖符對象為用戶提供了一套完善的設(shè)計制作圖形畫面和定義動畫的方法。本次設(shè)計的MCGS一共有5個用戶窗口，分別為：啟動、主頁、變頻器設(shè)置、溫控表設(shè)置、歷史記錄。其中主頁設(shè)計如下圖3所示。
圖3 主頁設(shè)計圖
2.2.4設(shè)備窗口組態(tài)
設(shè)備窗口專門用來放置不同類型和功能的設(shè)備構(gòu)件，實現(xiàn)對外部設(shè)備的操作和控制。本次設(shè)計的MCGS觸摸屏與變頻器，溫控表都是采用RS485通訊接線方式，變頻器使用通訊端口（RJ-11）與MCGS觸摸屏端口COM2(485)連接 , 宇電儀表使用端子3和4與MCGS觸摸屏端口EXT(COM4)連接。
MCGS與變頻器，溫控表的通訊格式和數(shù)據(jù)格式如表3所示。
表3 通訊格式和數(shù)據(jù)格式表
2.2.5運行策略組態(tài)
運行策略本身是系統(tǒng)提供的一個框架， 其里面放置有策略條件構(gòu)件和策略構(gòu)件組成的“策略行” ，通過對運行策略的定義，使系統(tǒng)能夠按照設(shè)定的順序和條件操作實時數(shù)據(jù)庫、控制用戶窗口的打開、關(guān)閉并確定設(shè)備構(gòu)件的工作狀態(tài)等，從而實現(xiàn)對外部設(shè)備工作過程的精確控制。
本次技改利用臺達變頻器與碳管電阻爐的接近開關(guān)進行生產(chǎn)次數(shù)的統(tǒng)計，臺達變頻器本身有計數(shù)器功能，使用其多功能輸入端子M2與接近開關(guān)連接，并利用多功能端子M3進行清除計數(shù)。MCGS觸摸屏與臺達變頻器進行通信，讀取計數(shù)器的內(nèi)容，從而進行生產(chǎn)記錄。在MCGS中，利用運行策略組態(tài)，可以進行3個生產(chǎn)班車每天的各自生產(chǎn)記錄。首先建立循環(huán)策略，利用腳本程序中的系統(tǒng)函數(shù)“!SaveData”進行編程記錄，以便每天定時記錄班車的生產(chǎn)詳細情況。
2.3 電力調(diào)整器的應(yīng)用
電力調(diào)整器是應(yīng)用晶閘管及其觸發(fā)控制電路用于調(diào)整負載功率的盤裝功率調(diào)整單元。電力調(diào)整器具有兩種控制方式，一種是相位控制，另一種為零位控制，根據(jù)負載情況的不同，進行選型。
本次技改使用的是相位控制的電力調(diào)整器，該電力調(diào)整器具有以下特點：
1、具有R.S.T各相保險絲斷路指示燈，并提供異常輸出接點，可做系統(tǒng)緊急控制之用。
2、體積精巧、散熱佳，內(nèi)含半導(dǎo)體專用快速保險絲，不怕負載短路。
3、冷卻風(fēng)扇動作具有溫度控制，當(dāng)散熱片溫度55°C時工作，45°C時停止，可提高風(fēng)扇壽命2~3倍。
4、電力調(diào)整器之保護功能：半導(dǎo)體專用快速保險絲斷線檢知、來源電欠相、本體過溫。
5、該電力調(diào)整器與帶0-10V、1-5V、4-20mA 的智能PID 調(diào)節(jié)器或PLC 配套使用；主要用與工業(yè)電爐的加熱控制。
該電力調(diào)整器能夠依據(jù)輸入信號的大小，控制晶體閘流管在交流電切割相位角，對每一個頻率做切割，可連續(xù)輸出，沒有斷續(xù)現(xiàn)象，適用電阻性，或電感性負載，其輸出方式如下圖4所示。
圖4 電力調(diào)整器輸出方式圖
電力調(diào)整器在碳管電阻爐的應(yīng)用，完善了碳管電阻爐的過載和短路保護功能，提高了碳管電阻爐的可靠性和工作穩(wěn)定性，滿足了大規(guī)模生產(chǎn)環(huán)境下集群控制的要求。具有控制參數(shù)設(shè)置和工藝參數(shù)設(shè)置方便、控制精度高、電能利用率高、過載和短路保護能力強、安全穩(wěn)定等特點。
3 結(jié)論：
本次對碳管電阻爐進行的電控系統(tǒng)技改，具備了下述優(yōu)勢：
（1）碳管電阻爐經(jīng)過技改后，用宇電儀表控制電力調(diào)制器進行加熱控制，可以滿足生產(chǎn)的工藝要求，保證了設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性，從而提高了設(shè)備的使用效率，且方便維護，檢修方便。
（2）基于MCGS的生產(chǎn)記錄設(shè)計，充分利用了變頻器的計數(shù)器功能，通過了宇電儀表以及變頻器的通訊功能，記錄了生產(chǎn)的各個工藝參數(shù)，可以方便查詢，有很好的可視性。
上述優(yōu)勢通過了生產(chǎn)的驗證，設(shè)備經(jīng)過了幾個月的生產(chǎn)使用，結(jié)果表明其工作滿足了當(dāng)初技改的要求，極大程度的提高了設(shè)備的使用效率，方便維修以及查詢生產(chǎn)記錄。
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