真空热处理设备电流异常波动处理方法

张 伟，王松沛

（中山凯旋真空科技股份有限公司，广东 中山 528478）

真空热处理工艺具有不氧化、不脱碳、变形小、脱脂、脱气作用明显等优势，逐渐成为现代工业生产中的重要工艺，真空热处理设备也得以广泛应用。随着现代工业的不断发展，工业生产对真空热处理设备提出了更高要求，而电流异常波动问题则对该设备的安全、稳定、高效运行造成了严重影响。因此在近年来，如何处理该设备电流异常波动问题，已经成为广受关注和重点研究的问题。

1 真空热处理设备及其电流异常波动问题

1.1 真空热处理设备概述

真空热处理技术是真空技术与热处理技术相结合的综合技术，即全部或部分热处理工艺在真空状态下进行。而真空热处理设备，则是合理应用该技术的工艺设备，最常见的设备为真空热处理炉。通常而言，该设备具有热效率高，可实现无氧化、无脱碳、无渗碳，可去掉工件表面磷屑，可脱氧除气等作用，故而在现代工业中得以广泛应用。真空热处理炉的真空系统由真空容器、真空泵、真空阀、连接件及真空测量仪表等所组成，能够构成严格的真空密封环境。与此同时，该设备还具有水冷装置，用于保护个部件结构不变形、不损坏，同时防止真空密封圈过热甚至烧毁，进而保障设备的长期、正常运行。另外，该设备通常还采用低电压大电流，具有极高的自动化程度，能够自动、精确完成工件加工与处理。

1.2 真空热处理设备电流异常波动问题

当前工业生产对真空热处理设备提出了极高要求，其中最显著的一点就在于自动化程度要求。这是因为真空热处理工艺的环境不适合人员长期工作甚至接近，同时部分工艺技术对操作精准度、及时度、复杂度要求极高，人工操作较易出现失误。而真空环境很容易在加热过程中出现起弧、放电等现象，严重威胁设备运行安全与质量，故而该设备需要应用低电压大电流的形式进行加热，避免电压过高。不可否认，高度信息化与低电压的特性能够在一定程度上提升真空热处理设备的安全性，但该设备在运行时依旧还有着一定问题，电流异常波动就是其中典型。

在工业生产中，真空热处理设备需要长期处于运行状态，加热器连接位置可能会因长期受热而出现变形、厚度减小、对地短路等现象。在这些现象出现后，连接位置容易虚接，同样会出现起弧、放电现象，并引发电流异常波动问题。在电流出现异常波动后，很容易导致局部电流过大，温度过大，并将加热器连接位置给熔断，导致热处理设备受到损坏，同时加工工件也会受到影响甚至损坏。而真空热处理设备加热系统缺乏相应报警功能，无法在电流异常波动后及时进行报警，导致工作人员不能第一时间采取合理措施加以应对，直到加热器连接位置熔断后发现问题，但已经造成了难以挽回的损失。因此，实现加热器保护系统加热功能，并对电流异常波动现象进行及时处理，是保障真空热处理安全与质量的有效途径。

2 真空热处理设备电流异常波动处理方法

2.1 机械设计

应对真空热处理设备电流异常波动，需要对其波动进行有效监测和警报，即判断设备是否存在电流异常波动问题。在此基础之上，还需要设计一定的自动处理机制，在自动保护设备的同时，也能在一定程度上避免人员处理不及时所导致的严重后果。从设计的角度来看，要判断真空热处理设备是否存在电流异常波动，需要根据设备实际运行状况的电流变化情况进行实时监测。就当前来看，我国主流真空热处理设备均配备有能够实现PID调解的智能仪表，不但能够连续、稳定地进行温度控制，并且升温及降温速度极快，并具备抑制超调、欠调等优点。设备连续控温是基于连续可调功率输出而实现的，故而可以利用其该特性，接入PLC模块，把加热所用电流信号变换成标准模拟信号，实现AD转换。然后，可以根据设备实际情况，合理选择采样点，确定相应周期，并通过连续对比的方式进行检测。所谓连续对比，也就是把某采样点数据和前一个点数据进行对比，并根据对比结果判断加热器是否存在电流异常波动问题。对此，需要根据设备实际状况，设置相应的差值允许范围，如果对比结果在该范围之内，则表明加热器处于正常运行状态；而对比结果超过该范围，则意味着加热器运行异常，存在电流异常波动问题。并且在该情况下，设备会进行报警，技术人员则可以根据设备运行状态，采取自动切断或人为干预的方式。

在实际操作时，文章采取方式为先加设电流变送器，并依照相应选型手册规范，选取宇波模块CHYXXXXAY2/V0电流变送器，把真空热处理设备中的0-XXXXA电流转换成电压为0～5V的标准模拟信号。在此基础之上，再接入PLC模块实现AD转换。结合所用真空热处理设备实际情况，文章选择OMRON公司生产的CP1HXA40DR-A型PLC，通过控制器该自带的4通道实现AD转换，地址分为别200，201，202和203。最后，依照该公司提供的CP1H操作手册，直接在控制器中设置相应转换参数即可。

2.2 程序设计

图1 工程梯形图

由于文章所选用的CP1HXA40DR-A型PLC具有4通道，在此仅以其中的200点对其程序设计进行探讨。首先，确定采样周期为0.2s，并将控制器200点频道接受到的信号，传输给准备好的数据寄存器的D1000与D1001，如图1所示。当周期数为1时，控制器信号会被传输到寄存器的D1000；而在周期数为0时，控制器信号则会被传输到寄存器D1001。将寄存器中的信号利用二进制到BCD码，可以被分别转换到寄存器D101与D102之中。此时，只需要将该两组数据进行对比，就能判断内部寄存器情况。其中，当D101数据的值大于D102数据的值时，内部寄存器10.00数值为0，而10.01数值为1。反之则结果亦相反。不管是10.00还是10.01的值为1，都可以通过利用大值减去小值的方式，计算得到D100的数值。在得到该值后，只需将其与预先设定好的值进行比较，即可完成设备电流异常检测。如果D100的值较设定值更大，那么就会触发可编程控制器输出点（100.00）并进行报警。

需要注意的是，真空热处理设备在实际加热时，其电流会因为PID调节输出的改变而变化，从而出现正常波动。在这种情况下，文章设计的报警系统同样会发出警报。针对该问题，将电流正常波动及异常波动的特性进行对比，根据PID参数稳定，其输出在短时间内同样较为稳定，故而可以选择加设定时器、计数器来区分电流正常及异常波动。例如在确定采样周期后，可以设置相应的电流波动达到报警范围的次数，如果计数器得到的值超过该值，那么就意味着电流波动异常，发出警报。但是当计数器得到的值小于该值时，则默认为设备电流的正常波动，不会进行报警。

2.3 上位机链接

在工业生产中，需要将真空热处理设备与控制中心进行连接，其电流异常波动报警系统同样需要与控制中心连接，此时就需要用到上位机链接系统。该系统能够将1台上位机与1台或者多台可编程控制器链接，并对后者进行程序传输、数据监控及远程控制。在文章中，利用CP1HXA40DR-A型PLC的RS-232串口和上位机进行链接，并进行测试通讯。如此一来，通过该系统就能实时监测设备电流值，显示并存储报警数据，以便技术人员随时对设备状态进行分析，同时也能在出现故障后即时调用数据，为故障修复提供数据支持。

3 结语

利用电流变送器与可编程控制器，针对真空热处理设备中电流能够反映设备运转状况的特性，设计了电流比较方法对设备电流波动情况进行监测。再加上定时器与计数器，排除了设备正常运转时产生的电流波动带来的干扰与影响，从而能够有效发现设备电流异常波动并进行报警。该方案具有设计操作简单、反应灵敏、成本低廉、不影响设备运行等优点，能够在工业生产中得以有效应用，保护真空热处理设备及生产安全。