AI儀表在碳管電阻爐改造項目的應用

林楚瀚
廣東翔鷺鎢業股份有限公司

摘要：現有的碳管電阻爐不能符合生產要求，需要通過利用宇電溫控表，MCGS觸摸屏以及電力調整器進行技改，再利用MCGS觸摸屏與臺達變頻器，宇電溫控表進行RS485通訊，記錄生產數據， 使用電力調整器進行相位控制，提高碳管電阻爐的效率，方便維護、維修。通過生產驗證，本次的設計能夠符合技改要求，具有良好的應用價值。

關鍵詞：宇電溫控表；MCGS觸摸屏；電力調整器

0  引言
    碳管電阻爐是間歇式作業電阻爐，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，以及硬質合金的燒結、加熱用。目前的碳管電阻爐電氣控制方式較為簡單，容易發生故障，無法滿足生產要求，因而對其進行技術改造，利用宇電儀表，MCGS觸摸屏以及電力調整器進行控制生產，使得該設備滿足生產、研發的需要，并為生產現場和生產工藝流程的精細化管理提供可靠數據，進一步降低設備的使用故障，方便維修。

1  碳管電阻爐的現狀電控方式
    目前碳管電阻爐的溫控系統原理為：通過高溫輻射儀檢測爐內溫度，把爐內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，且沒有生產記錄，改造該系統時為了解決這一問題，采用了宇電儀表進行PID調節并輸出4-20MA信號控制電力調整器，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

系統組成如圖1所示：

圖1  系統組成圖

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技改后的電控簡易圖

    AI-808溫控表具備參數自整定功能，可以方便用戶確定在系統中PID參數（M5、P、 T），結合本次用到的電力調整器，使到碳管電阻爐的溫度控制更加。

2.2 MCGS的運用
    MCGS的設計過程如下：新建工程-構件實時數據庫-生成圖形界面-定義動畫連接-設備窗口組態-運行策略組態-測試。按照這個設計過程，下面將進行詳細介紹。

2.2.1工程框架
    該控制系統的工程框架如下：
5個用戶窗口：啟動、主頁、變頻器設置、溫控表設置、歷史記錄；
3個循環策略：分別用于3個生產班次的記錄控制。

2.2.2構件實時數據庫
    實時數據庫相當于一個數據處理中心，同時也起到公用數據交換區的作用。本次設計MCGS的數據庫定義如表2所示。

表2  MCGS實時數據庫定義表

2.2.3組態用戶窗口
    用戶窗口中可以放置三種不同類型的圖形對象：圖元、圖符和動畫構件。圖元和圖符對象為用戶提供了一套完善的設計制作圖形畫面和定義動畫的方法。本次設計的MCGS一共有5個用戶窗口，分別為：啟動、主頁、變頻器設置、溫控表設置、歷史記錄。其中主頁設計如下圖3所示。

圖3  主頁設計圖

2.2.4設備窗口組態
    設備窗口專門用來放置不同類型和功能的設備構件，實現對外部設備的操作和控制。本次設計的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據格式如表3所示。

表3  通訊格式和數據格式表

2.2.5運行策略組態
    運行策略本身是系統提供的一個框架， 其里面放置有策略條件構件和策略構件組成的“策略行” ，通過對運行策略的定義，使系統能夠按照設定的順序和條件操作實時數據庫、控制用戶窗口的打開、關閉并確定設備構件的工作狀態等，從而實現對外部設備工作過程的控制。
    本次技改利用臺達變頻器與碳管電阻爐的接近開關進行生產次數的統計，臺達變頻器本身有計數器功能，使用其多功能輸入端子M2與接近開關連接，并利用多功能端子M3進行清除計數。MCGS觸摸屏與臺達變頻器進行通信，讀取計數器的內容，從而進行生產記錄。在MCGS中，利用運行策略組態，可以進行3個生產班車每天的各自生產記錄。首先建立循環策略，利用腳本程序中的系統函數“!SaveData”進行編程記錄，以便每天定時記錄班車的生產詳細情況。

2.3 電力調整器的應用
    電力調整器是應用晶閘管及其觸發控制電路用于調整負載功率的盤裝功率調整單元。電力調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整器，該電力調整器具有以下特點：
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，可做系統緊急控制之用。
2、體積精巧、散熱佳，內含半導體快速保險絲，不怕負載短路。
3、冷卻風扇動作具有溫度控制，當散熱片溫度55°C時工作，45°C時停止，可提高風扇壽命2~3倍。
4、電力調整器之保護功能：半導體快速保險絲斷線檢知、來源電欠相、本體過溫。
5、該電力調整器與帶0-10V、1-5V、4-20mA 的智能PID 調節器或PLC 配套使用；主要用與工業電爐的加熱控制。
    該電力調整器能夠依據輸入信號的大小，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，可連續輸出，沒有斷續現象，適用電阻性，或電感性負載，其輸出方式如下圖4所示。

圖4  電力調整器輸出方式圖

    電力調整器在碳管電阻爐的應用，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定性，滿足了大規模生產環境下集群控制的要求。具有控制參數設置和工藝參數設置方便、控制精度高、電能利用率高、過載和短路保護能力強、安全穩定等特點。

3  結論：
    本次對碳管電阻爐進行的電控系統技改，具備了下述優勢：
（1）碳管電阻爐經過技改后，用宇電儀表控制電力調制器進行加熱控制，可以滿足生產的工藝要求，保證了設備的可靠性和穩定性，從而提高了設備的使用效率，且方便維護，檢修方便。
（2）基于MCGS的生產記錄設計，充分利用了變頻器的計數器功能，通過了宇電儀表以及變頻器的通訊功能，記錄了生產的各個工藝參數，可以方便查詢，有很好的可視性。
    上述優勢通過了生產的驗證，設備經過了幾個月的生產使用，結果表明其工作滿足了當初技改的要求，極大程度的提高了設備的使用效率，方便維修以及查詢生產記錄。

參考文獻

【1】虞幫義  MCGS組態軟件及其在大運河工程模型試驗中的應用[期刊論文]-泥沙研究 2001(03) :50-52.
【2】陳禮淮  電力調整前在井式爐的應用[期刊論文]-工業爐 2012（07）：30-32
【3】《AI人工智能工業調節器使用說明書》 周宇著 廈門宇電自動化科技有限公司