熱處理爐零保溫控制方法及其系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種熱處理控制方法及其系統(tǒng)，尤其涉及一種熱處理"零保溫"的高精 度控制方法及其系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在機(jī)械加工領(lǐng)域，熱處理是常規(guī)和必要的工序，一般都需要保證工件的加熱均勻 性，而目前所采用的工業(yè)爐加熱中，工藝員往往根據(jù)經(jīng)驗(yàn)編寫(xiě)熱處理的加熱工藝，包括加熱 器快速升溫過(guò)程、接近工藝目標(biāo)溫度后的加熱器輸出功率下降逐漸升溫到工藝目標(biāo)溫度的 緩慢升溫過(guò)程、達(dá)到工藝目標(biāo)溫度后加熱器采用熱平衡功率的保溫過(guò)程。但在實(shí)際加熱過(guò) 程中，工件內(nèi)部溫度是否達(dá)到工藝要求的目標(biāo)溫度，不能通過(guò)準(zhǔn)確手段檢測(cè)，因此為了保證 工藝要求，其加熱的保溫時(shí)間的選擇都較為保守，一般都偏長(zhǎng)，造成能源浪費(fèi)，甚至出現(xiàn)"過(guò) 燒"或者"燒不透"，造成工件報(bào)廢，帶來(lái)不必要的經(jīng)濟(jì)損失。
[0003] 近幾十年，對(duì)于工件加熱工藝，出現(xiàn)了既節(jié)能又省時(shí)的"零保溫"理論，但其由于工 藝檢測(cè)手段不能滿(mǎn)足實(shí)際要求，在實(shí)際中還是存在許多缺點(diǎn)，基本上還處于理論階段，在實(shí) 際應(yīng)用中較少。
[0004] 中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?81059188，名稱(chēng)"工件熱處理'零保溫'點(diǎn)微機(jī)測(cè)控裝置"，由于其 按照"零保溫"理論和由熱傳導(dǎo)理論推導(dǎo)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行控制，控制參數(shù)容易受到外部條件 變化的影響，因此必然與實(shí)際的工件控制溫度存在誤差，造成工件受熱不均而"燒不透"或 "過(guò)燒"等，特別是對(duì)熱處理要求高的工藝，其不能滿(mǎn)足要求。
[0005] 中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?51060007,名稱(chēng)"電加熱工藝參數(shù)控制儀"，其在設(shè)置控制參數(shù) "均溫過(guò)程的工程技術(shù)判斷依據(jù)KQ"時(shí)也是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值先期設(shè)定，如其說(shuō)明書(shū)記載"保證均 溫溫差A(yù)TzTiKHTC"，所以其控制溫差精度較低，而且爐膛溫度!\達(dá)到目標(biāo)值，物件心 部溫度T 3雖然與之相差< 10°C，但物件心部溫度仍在緩慢上升，說(shuō)明物料還處于吸熱過(guò)程 中，以此不能判斷物料零保溫的溫度條件。而且在實(shí)際加熱過(guò)程中，對(duì)工件表面和內(nèi)部溫度 的檢測(cè)是十分困難甚至是無(wú)法實(shí)施的，對(duì)于工藝要求高的工藝，也不能滿(mǎn)足其要求。
[0006] 同時(shí)上述兩種技術(shù)都是利用爐溫判定、工件內(nèi)部溫度判定及功率判定采用不斷趨 近的方式，對(duì)是否達(dá)到零保溫的功率條件進(jìn)行推導(dǎo)得出，因此往往在實(shí)際加熱控制中存在 溫度偏差、功率偏差，不能達(dá)到高精度熱處理的要求，這也是現(xiàn)有利用"零保溫"理論的溫度 檢測(cè)控制系統(tǒng)沒(méi)有得到有效推廣的原因。其主要是熱處理控制系統(tǒng)控制溫度精度不高、控 制參數(shù)適應(yīng)性不寬、檢測(cè)電參數(shù)不全、檢測(cè)電參數(shù)精度不高，存在穩(wěn)定性差，錯(cuò)判誤判等原 因。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種可準(zhǔn)確地、實(shí)時(shí)地確定被加熱工件達(dá)到零 保溫條件的高精度熱處理控制方法。
[0008] 本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用熱處理爐零保溫控制方法，包括加熱器快速升溫過(guò) 程、緩慢升溫過(guò)程和保溫過(guò)程;其保溫過(guò)程如下，
[0009] 當(dāng)前溫度檢測(cè)元件檢測(cè)到的實(shí)時(shí)溫度Τη達(dá)到設(shè)定處理溫度To,后溫度檢測(cè)元件檢 測(cè)到的實(shí)時(shí)溫度T72接近或達(dá)到設(shè)定處理溫度To,加熱器的輸出功率逐步接近和達(dá)到穩(wěn)態(tài)功 率Po;
[0010] 控制實(shí)時(shí)溫度Τ7#ΡΤ72在波動(dòng)溫差ΛΤ范圍內(nèi)，對(duì)加熱器的輸出功率進(jìn)行檢測(cè)和控 制，在η個(gè)溫度測(cè)量控制周期Tk內(nèi)滿(mǎn)足下列加熱器的輸出功率條件：
[0011]
[0012]
[0013]
[0014] 同時(shí)檢測(cè)到加熱器在每個(gè)溫度測(cè)量控制周期Tk內(nèi)的平均輸出功率PTki圍繞穩(wěn)態(tài)功 率P〇上下波動(dòng)誤差小于X%;P〇是多個(gè)溫度測(cè)量控制周期平均輸出功率的平均功率值；
[0015] 在滿(mǎn)足上述波動(dòng)溫差ΛΤ和加熱器輸出功率條件時(shí)，工件達(dá)到零保溫狀態(tài)。
[0016] 更進(jìn)一步，波動(dòng)溫差ΛΤ控制在±0.5~5°C，加熱器6輸出功率誤差X%控制在< 0.5~10% ;優(yōu)選的，波動(dòng)溫差ΛΤ控制在±0.5~2°C，加熱器6輸出功率誤差X%控制在0.5 ~2%〇
[0017] 當(dāng)前溫度檢測(cè)元件檢測(cè)到的實(shí)時(shí)溫度Tn，后溫度檢測(cè)元件檢測(cè)到的實(shí)時(shí)溫度T72 接近或達(dá)到設(shè)定處理溫度To后，前溫度檢測(cè)元件檢測(cè)到的實(shí)時(shí)溫度Τη和后溫度檢測(cè)元件檢 測(cè)到的實(shí)時(shí)溫度Τ72存在偏差。
[0018] 所述的加熱爐為電加熱爐，電加熱爐輸出功率控制包括以下幾種方式：
[0019] ⑴采用接觸器通斷方式控制，并通過(guò)時(shí)間比例確定輸出功率；
[0020] (2)采用可控硅過(guò)零控制，PWM方式均布交流通斷比例確定輸出功率或?qū)﹄娮与娏?互感器電流信號(hào)直接濾波得到電流信號(hào)，乘上對(duì)應(yīng)相電壓，分別求出三相功率，再求和得到 總功率；
[0021] (3)采用移相方式控制可控硅，采集電子電流互感器電流信號(hào)直接濾波得到電流 信號(hào)，乘上對(duì)應(yīng)相電壓，分別求出三相功率，再求和得到總功率；
[0022] (4)采用線性精密移相方式控制可控硅，功率Ρ是交流電流電壓乘積，將其線性化 處理，得到0 = F(P)線性化公式，采集電子電流互感器電流信號(hào)直接濾波得到電流信號(hào)，乘 上對(duì)應(yīng)相電壓，分別求出三相功率，再求和得到總功率。
[0023] 還可以，所述加熱爐為燃?xì)鉅t，燃?xì)夤β士刂撇捎靡韵聝煞N方式：
[0024] (1)通斷燃燒氣體加熱方式:一般留有長(zhǎng)明火做引火，通過(guò)通斷時(shí)間比例控制加熱 功率，采集控制時(shí)間比例，求出輸出功率，精確時(shí)，還要保證氣源壓力因素；
[0025] (2)調(diào)節(jié)燃燒氣體流量方式:檢測(cè)或計(jì)算氣體流量質(zhì)量，求出輸出功率。
[0026]還設(shè)置有巡檢溫度傳感器檢測(cè)被加熱工件的表面溫度及其它爐內(nèi)空間點(diǎn)溫度。 [0027]本發(fā)明同時(shí)還提供了一種實(shí)現(xiàn)熱處理爐零保溫控制方法的熱處理爐零保溫控制 系統(tǒng)，包括溫度檢測(cè)模塊、功率控制單元、加熱器功率檢測(cè)模塊;在加熱爐中安裝的加熱器、 被加熱的工件、溫度檢測(cè)元件，溫度檢測(cè)模塊通過(guò)溫度檢測(cè)元件實(shí)現(xiàn)對(duì)電加熱爐中的溫度 進(jìn)行檢測(cè);所述的溫度檢測(cè)元件至少包括靠近加熱器的前溫度檢測(cè)元件和靠近工件的后溫 度檢測(cè)元件。
[0028] 進(jìn)一步的，所述的前溫度檢測(cè)元件和后溫度檢測(cè)元件設(shè)置在熱量流動(dòng)方向的同一 直線上、后溫度檢測(cè)元件可以是1個(gè)或多個(gè)，優(yōu)選數(shù)量為2~4個(gè)。
[0029] 加熱器、前溫度檢測(cè)元件、后溫度檢測(cè)元件和工件的中心或加熱爐內(nèi)腔中心在同 一直線上。
[0030] 在加熱爐中不同的熱量流動(dòng)方向分別設(shè)置多組前溫度檢測(cè)元件、后溫度檢測(cè)元 件。
[0031] 采用本發(fā)明的熱處理爐零保溫控制方法及其裝置，能及時(shí)檢測(cè)到工件的內(nèi)部溫 度，實(shí)測(cè)溫度與"零保溫"目標(biāo)溫度的誤差能夠< l°c，防止燒不透和"過(guò)燒"，縮短保溫時(shí)間， 節(jié)約能源，降低加工成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量。
【附圖說(shuō)明】
[0032] 圖1是本發(fā)明的檢測(cè)元件布置示意圖；
[0033] 圖2是各檢測(cè)點(diǎn)的溫度和加熱功率曲線示意圖；
[0034]圖3是本電加熱爐的控制圖；
[0035]圖中所示:上位機(jī)1、下位機(jī)2、溫度檢測(cè)模塊21、功率控制單元22、三相電壓檢測(cè)模 塊23、三相電流檢測(cè)模塊24、巡檢溫度模塊25、加熱器功率檢測(cè)模塊26,加熱爐3、工件4、功 率執(zhí)行元件5、加熱器6，前溫度檢測(cè)元件71，后溫度檢測(cè)