对全自动控制中频加热炉的调试运转与维护分析

王元忠

摘 要：本发明涉及一种加热炉，具体设计一种用于金属加热的智能中频加热炉，主要从安装、调试运转和维护方面剖析其必须注意的主要事项，有利于现场作业人员的安全和设备的安装质量。

关键词：全自动控制、中频加热、变频、调试运转、维护、剖析、质量

1、背景技术

中频加热炉利用中频的感应器电源建立中频磁场，使铁磁材料内部产生感应涡流并发热，达到加热材料的目的。中频加热炉的感应器电源是一种将工频50HZ交流电转变为中频（300HZ以上至20K HZ）的电源装置，把三相工频交流电，整流后变成直流电，再把直流电变为可调节的中频电流，供给由电容和感应线圈里流过的中频交变电流，在感应圈中产生高密度的磁力线，并切割感应圈里盛放的金属材料，在金属材料中产生很大的涡流。这种涡流同样具有中频电流的一些性质，即，金属自身的自由电子在有电阻的金属体里流动要产生热量。中频加热炉主要用于熔炼碳钢，合金钢，特种钢，也可用于铜，铝等有色金属的熔炼和提温.设备体积小，重量轻， 效率高，耗电少，熔化升温快，炉温易控制，生产效率高，因此应用广泛。

但是现有的中频加热炉自动化水平低，靠人工操作推进金属坯料进行加热，无法与其它自动化设备进行智能联网配合工作，生产效率较低；同时现有中频加热炉采用的是等匝距感应器，整个加热区间保持同一加热温度，无法根据产品的加热特性来设置不同的温区，加热效率低且能源浪费。

2、发明内容

本发明的目的在于针对上述问题不足之处，提供一种自动化程度高、能与外部设备实现智能联网配合工作的中频加热炉。

中频加热炉，包括机架、推料油缸、推料油缸电机、推料架、加热感应器及感应器电源，还包括加热炉控制系统，该加热炉控制系统包括：加热炉通讯单元，其设有用于与外部设备联网的通讯接口；加热炉CPU控制单元，其与加热炉通讯单元电连接；加热炉数据输入控制单元，其与加热炉通讯单元电连接；加热炉数据输出控制单元，其与加热炉通讯单元、推料油缸电机及感应器电源电连接；推料油缸位置传感器，其与加热炉数据输入控制单元电连接；推料架位置传感器，其加热炉数据输入控制单元电连接；加热感应器进出料位置传感器，其设于加热感应器的进出口处，且与加热炉数据输入控制单元电连接；及出料测温传感器，其设于加热感应器的出口处，且与加热炉数据输入控制单元电连接。

所述加热炉通讯单元为PROFIBUS DP通信单元，加热炉数据输入控制单元内置A/D模数转换器，加热炉数据输出控制单元内置D/A数模转换器。

所述加热感应器为变匝距感应器；变匝距感应器设有入料端高温窄匝距区间及出料端保温窄匝距区间，其中入料端高温窄匝距区间的纵向长度为变匝距感应器纵向长度的三分之二，出料端保温窄匝距区间的纵向长度为变匝距感应器纵向长度的三分之一，感应器电源内设有多匝比中频变压器。

本发明对现有中频加热炉增加加热炉控制系统，进行自动化改造，且其内置有加热炉通讯单元，通过通讯接口与外部设备联网，如与挤压机及机器人等联网，实现高效自动化协调生产，提高生产效率。

图3为本发明所述中频加热炉控制原理简图。

3、具体实施方式

如图3所示，本发明所述的中频加热炉，包括机架、推料油缸、推料油缸电机、推料架、加热感应器、感应器电源及加热炉控制系统。具体如下：

加热炉通讯单元71，用于实现加热炉CPU控制单元72连接扩展设备（如相关传感器和执行装置），同时加热炉通讯单元71设有用于与外部设备（如挤压机及用于搬运的机器人）联网的通讯接口，可以实现联网智能协调工作。进一步，该加热炉通讯单元71为PROFIBUS DP通信单元。

加热炉数据输入控制单元73，其与加热炉通讯单元71电连接。进一步，所述加热炉数据输入控制单元73内置A/D模数转换器，用于把扩展设备（如相关传感器）的模拟数据转换为数字数据发送至加热炉通讯单元71。

加热炉数据输出控制单元74，其与加热炉通讯单元71、推料油缸电机及感应器电源连接。所述加热炉数据输出控制单元74内置D/A数模转换器，用于把加热炉通讯单元71传送的数字数据转换为模拟数据发送至推料油缸电机及感应器电源。

推料架位置传感器76，其加热炉数据输入控制单元73电连接，其用于检测推料架的位置信息。

出料测温传感器78，其设于加热感应器的出口处，且与加热炉数据输入控制单元73电连接，用于检测加热后的坯料是否符合温度要求。

所述加热炉CPU控制单元72通过加热炉通讯单元71接收推料油缸位置传感器75、推料架位置传感器76、加热感应器进出料位置传感器77、出料测温传感器反馈的信息78，处理后通过加热炉通讯单元71发出控制信息至推料油缸电机及感应器电源进行工作执行，进而实现自动化智能控制。

具体所述加热感应器为变匝距感应器；该变匝距感应器设有入料端高温窄匝距区间及出料端保温窄匝距区间，其中入料端高温窄匝距区间的纵向长度为变匝距感应器纵向长度的三分之二，出料端保溫窄匝距区间的纵向长度为变匝距感应器纵向长度的三分之一。变匝距感应器在相同的功率下比现有的等匝距感应器加热时间要短，加热效率高，且能因实际情况设置对应的温区，节能减排。所述变匝距的方式是指绕制感应器线圈的铜管（一般为矩形截面铜管）的轴向宽度（匝距）进料端较窄，出料端较宽，一般分为两级或三级，这种设计是因为所有线圈内通过相同的电流，磁场强度和单位功率在感应器进料端最大，会使温度很快升高。

本发明对现有中频加热炉增加加热炉控制系统，进行自动化改造，且其内置有加热炉通讯单元，通过通讯接口与外部设备联网，如与挤压机及机器人等联网，实现高效自动化协调生产，提高生产效率。同时，采用变匝距感应器，提供加热的效率，且节能减排。

参考文献：

[1] 赵明生主编.电气工程师手册/机械工业出版社.2000.3

[2] 吴宗泽主编.机械设计实用手册/化学工业出版社.2003.6

[3] 陈 琳 主编.可编程控制器应用技术/化学工业出版社.2004.4

[4] 杨思俊 朱伯看.晶闸管中频电源基本知识/浙江科学技术出版社出版.1999.1