宇电仪表在碳管电阻炉改造项目的应用

林楚瀚
广东翔鹭钨业股份有限公司

摘要：现有的碳管电阻炉不能符合生产要求，需要通过利用宇电温控表，MCGS触摸屏以及电力调整器进行技改，再利用MCGS触摸屏与台达变频器，宇电温控表进行RS485通讯，记录生产数据， 使用电力调整器进行相位控制，提高碳管电阻炉的效率，方便维护、维修。通过生产验证，本次的设计能够符合技改要求，具有良好的应用价值。

关键词：宇电温控表；MCGS触摸屏；电力调整器

0  引言
    碳管电阻炉是间歇式作业电阻炉，在保护气氛下使用，工作温度2200°C, 供碳化物（如碳化钨、碳化硼等）和其他高温材料，以及硬质合金的烧结、加热用。目前的碳管电阻炉电气控制方式较为简单，容易发生故障，无法满足生产要求，因而对其进行技术改造，利用宇电仪表，MCGS触摸屏以及电力调整器进行控制生产，使得该设备满足生产、研发的需要，并为生产现场和生产工艺流程的精细化管理提供可靠数据，进一步降低设备的使用故障，方便维修。

1  碳管电阻炉的现状电控方式
    目前碳管电阻炉的温控系统原理为：通过高温辐射仪检测炉内温度，把炉内温度信号传到温控表，温控表对交流接触器进行控制，该方式接触器直接控制加热器，噪音大、可靠性低且控制精度差，且没有生产记录，改造该系统时为了解决这一问题，采用了宇电仪表进行PID调节并输出4-20MA信号控制电力调整器，利用MCGS与宇电仪表进行RS485通讯。

2  碳管电阻炉改造
    在本次的技改中要用到MCGS触摸屏与变频器，宇电温控表的型号如下表1所示。

表1  元器件型号表

系统组成如图1所示：

图1  系统组成图

2.1宇电仪表的运用
    本次改造用的是宇电仪表AI-808，该仪表采用了先进的模块化设计，可以方便用户进行自由组合购买，本次用到的模块有X3光电隔离型线性电流输出模块；S光电隔离的RS485通讯模块。该仪表与电力调整器的电气控制图如图2所示。

图2  碳管电阻炉的温控系统技改后的电控简易图

    AI-808温控表具备参数自整定功能，可以方便用户确定在系统中PID参数（M5、P、 T），结合本次用到的电力调整器，使到碳管电阻炉的温度控制更加精准。

2.2 MCGS的运用
    MCGS的设计过程如下：新建工程-构件实时数据库-生成图形界面-定义动画连接-设备窗口组态-运行策略组态-测试。按照这个设计过程，下面将进行详细介绍。

2.2.1工程框架
    该控制系统的工程框架如下：
5个用户窗口：启动、主页、变频器设置、温控表设置、历史记录；
3个循环策略：分别用于3个生产班次的记录控制。

2.2.2构件实时数据库
    实时数据库相当于一个数据处理中心，同时也起到公用数据交换区的作用。本次设计MCGS的数据库定义如表2所示。

表2  MCGS实时数据库定义表

2.2.3组态用户窗口
    用户窗口中可以放置三种不同类型的图形对象：图元、图符和动画构件。图元和图符对象为用户提供了一套完善的设计制作图形画面和定义动画的方法。本次设计的MCGS一共有5个用户窗口，分别为：启动、主页、变频器设置、温控表设置、历史记录。其中主页设计如下图3所示。

图3  主页设计图

2.2.4设备窗口组态
    设备窗口专门用来放置不同类型和功能的设备构件，实现对外部设备的操作和控制。本次设计的MCGS触摸屏与变频器，温控表都是采用RS485通讯接线方式，变频器使用通讯端口（RJ-11）与MCGS触摸屏端口COM2(485)连接 , 宇电仪表使用端子3和4与MCGS触摸屏端口EXT(COM4)连接。
    MCGS与变频器，温控表的通讯格式和数据格式如表3所示。

表3  通讯格式和数据格式表

2.2.5运行策略组态
    运行策略本身是系统提供的一个框架， 其里面放置有策略条件构件和策略构件组成的“策略行” ，通过对运行策略的定义，使系统能够按照设定的顺序和条件操作实时数据库、控制用户窗口的打开、关闭并确定设备构件的工作状态等，从而实现对外部设备工作过程的精确控制。
    本次技改利用台达变频器与碳管电阻炉的接近开关进行生产次数的统计，台达变频器本身有计数器功能，使用其多功能输入端子M2与接近开关连接，并利用多功能端子M3进行清除计数。MCGS触摸屏与台达变频器进行通信，读取计数器的内容，从而进行生产记录。在MCGS中，利用运行策略组态，可以进行3个生产班车每天的各自生产记录。首先建立循环策略，利用脚本程序中的系统函数“!SaveData”进行编程记录，以便每天定时记录班车的生产详细情况。

2.3 电力调整器的应用
    电力调整器是应用晶闸管及其触发控制电路用于调整负载功率的盘装功率调整单元。电力调整器具有两种控制方式，一种是相位控制，另一种为零位控制，根据负载情况的不同，进行选型。

本次技改使用的是相位控制的电力调整器，该电力调整器具有以下特点：
1、具有R.S.T各相保险丝断路指示灯，并提供异常输出接点，可做系统紧急控制之用。
2、体积精巧、散热佳，内含半导体专用快速保险丝，不怕负载短路。
3、冷却风扇动作具有温度控制，当散热片温度55°C时工作，45°C时停止，可提高风扇寿命2~3倍。
4、电力调整器之保护功能：半导体专用快速保险丝断线检知、来源电欠相、本体过温。
5、该电力调整器与带0-10V、1-5V、4-20mA 的智能PID 调节器或PLC 配套使用；主要用与工业电炉的加热控制。
    该电力调整器能够依据输入信号的大小，控制晶体闸流管在交流电切割相位角，对每一个频率做切割，可连续输出，没有断续现象，适用电阻性，或电感性负载，其输出方式如下图4所示。

图4  电力调整器输出方式图

    电力调整器在碳管电阻炉的应用，完善了碳管电阻炉的过载和短路保护功能，提高了碳管电阻炉的可靠性和工作稳定性，满足了大规模生产环境下集群控制的要求。具有控制参数设置和工艺参数设置方便、控制精度高、电能利用率高、过载和短路保护能力强、安全稳定等特点。

3  结论：
    本次对碳管电阻炉进行的电控系统技改，具备了下述优势：
（1）碳管电阻炉经过技改后，用宇电仪表控制电力调制器进行加热控制，可以满足生产的工艺要求，保证了设备的可靠性和稳定性，从而提高了设备的使用效率，且方便维护，检修方便。
（2）基于MCGS的生产记录设计，充分利用了变频器的计数器功能，通过了宇电仪表以及变频器的通讯功能，记录了生产的各个工艺参数，可以方便查询，有很好的可视性。
    上述优势通过了生产的验证，设备经过了几个月的生产使用，结果表明其工作满足了当初技改的要求，极大程度的提高了设备的使用效率，方便维修以及查询生产记录。

参考文献

【1】虞帮义  MCGS组态软件及其在大运河工程模型试验中的应用[期刊论文]-泥沙研究 2001(03) :50-52.
【2】陈礼淮  电力调整前在井式炉的应用[期刊论文]-工业炉 2012（07）：30-32
【3】《AI人工智能工业调节器使用说明书》 周宇著 厦门宇电自动化科技有限公司