钢丝热处理明火炉控制系统的设计及实现范文

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摘要：钢丝冷加工后，其硬度与强度会越来越高，塑性、韧性明显降低，阻止钢丝进一步形变，所以，钢丝冷加工后，需经过热处理才可以塑性，但热处理需要建立明火炉控制系统。本篇文章是以钢丝热处理明火炉控制系统为切入点，分析其设计与实现。

关键词：钢丝热处理；明火炉控制系统；设计；实现

0引言

热处理炉是工业炉的一种，用于金属制品的生产，决定产品的生产的数量与质量，以及投入的成本，并设计出控制系统，但其存在的问题是：产量、种类变化时不易控制，有高能耗的特点，所以需提高设计的水平与质量，并在实际生产中应用。

1钢丝热处理明火炉控制系统的设计

对钢丝热处理过程中明火的控制，会直接影响最后的生产效率与质量，而控制中会受到很多因素的影响，比如煤气流量、空燃比等，需克服这些因素的影响，提高燃烧率，让钢丝均匀加热。由此，需优化控制系统的设计。

1.1总体结构的设计

该控制系统使用的是两种控制系统，即基础与过程控制，可自动调节炉内温度、压力、空燃比等。整个系统中，基础控制的设计是控制实际操作的设备的运行与远程控制，以现场总线为媒介，和系统的PLC与CPU通讯，而PLC和HMI之间则会用以太网连接，传输数据。过程与基础控制都用工业以太网通讯。同时，其软件设计是把整个系统分成四个部分。第一个是人机交互，动态检测设备的操作，第二个是通信模块，把工艺参数传动到底层设备中，由计算机操作完成，第三个是自动燃烧控制，根据参数与用户提出的要求，决定控制数据，以控制明火的燃烧，第四个是维护知识库[1]。

1.2部分结构的设计

（1）温度控制的设计。该控制系统内有很多变量，如果采用一种控制方式，很难保证系统的稳定，无法把控系统响应花费的时间与精度差，所以，为了达到生产工艺的要求，其会使用PID控制、改进型双交叉限幅控制等，设计温度控制系统。

（2）炉压控制设计。炉压控制是，如果炉压控制不当，冷气会进入燃烧炉，这些冷空气只有加热后才会从炉内排出，增加燃烧系统的负担，且燃料过度消耗，无法控制炉内压力，而炉膛内压力的增加，也会减少明火炉的使用时间。由此，炉压控制系统的设计是用线路把压力控制器、调节发与热处理炉连接，再用压力检测、变动器检测压力值，并把压力指传输到控制站。

（3）控制系统的硬件设计。控制系统使用的硬件包括PLC柜、仪表柜等，其设计方式是：PLC柜有主站与从站之分，包含多个输入与输出的模板，互相配合；仪表柜是使用多个智能手操器，主站与从站会用总线连接，完成数据交换，当控制系统不响应时，可以手动控制。

2钢丝热处理明火炉控制系统设计的实现

工业控制软件在整个控制系统中有非常重要的作用，负责管理、决策与控制，适应不同的环境，搜集并处理数据，并显示在屏幕上，实现人机交互。所以，软件的品质直接影响系统运行的效果，间接影响产品质量，由此，钢丝热处理明火控制系统会实时对数据进行监控，控制明火炉的燃烧[2]。

2.1上位机监控系统的功能

人机交互的进行有利于实现人与计算机的对话，有便捷的操作。其功能实现主要体现在以下几方面：随着生产的进行，实时显示生产过程的数据与设备运行的状态，检测控制参数，及时发出预警并修改信息，确保手动控制与自动控制可随意切换。即整个系统页面会显示各空气调节阀的运行状态，包括预热段、加热垫、均热锻等，查看实际运行的参数，并与设定参数对比，同时，随着情况的变化，选择不同的控制方式。

2.2燃烧控制算法

控制算法模块可以处理采集的数据，根据既定算法运算。其第一次运行后，会按照初始程序的设计，计算控制炉温的周期与流量跟踪周期的参数，输入到计算表中，而为了保证炉温测量参数的准确，会采用三段炉温测量法，设定在30s后，读取测量值。同时，为及时接收升温、降温的指令，定时器设定的时间多为10秒钟。如果炉温的偏差在60°的范围内，使用模糊PID控制与改进型双交叉限幅控制[3]。

2.3热处理明火炉系统的调试

该控制系统是以WinCC系统平台为基础，控制系统的操作，并提高了自动化控制的水平。系统经过调试后，会得到良好的控制效果，自动控制系统，如果各参数被外界干扰，系统能够自动调节，确保明火燃烧达到最佳的状态。

2.3.1钢丝金相组织均匀，提高生产质量

原有的钢丝热处理结束后，钢丝出炉的温差在40°左右，有些温差甚至会超过100°，但钢丝经过明火炉的热加工后，温差可以控制在5°以内，炉内温度平均分布，钢丝的金相组织也更加稳定。

2.3.2缩小钢丝强度的散差

明火炉钢丝热处理后，钢丝的强度虽然有散差，但范围在30MPa以内，明显小于原有钢丝热处理后的强度散差，为后续生产打下基础，使钢丝更具稳定性与耐疲劳性。

2.3.3实现节能减排 

该控制系统运用后，空燃比的比率在1.02到1.1之间，提高了设备的燃烧率，实现节能减排。即实际操作中，可把炉温控制在一定的范围内，控制的温差变小，减少了燃料的使用。同时，它也提高了系统的性能，缩小系统参数的误区，让系统更具优越性。

3结语

热处理明火炉控制系统具有一定的复杂性，其系统设计与功能的实现，可提高系统运行的稳定性，降低各类因素对系统运行的影响，自动控制，提升产品质量，降低能耗，实现了节能减排的要求。但该系统仍需不断调试，进一步完善。

参考文献：

[1]朱清.基于VB的集散式热处理控制系统设计与实现[J].电工技术,2012(06):44-46.

[2]李雪梅,张斌,唐亮.热处理电炉温度网络控制系统的设计与实现[J].信息化纵横,2012(10):46-49.

[3]傅咏虹,周鲜成,王建明.热处理炉的网络控制与管理系统的设计与实现[J].组合机床与自动化加工技术,2012(06):62-63+65.

作者：赵斌 单位：无锡盛力达科技股份有限公司