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電爐系統(tǒng)解決方案

磁材行業(yè)鐘罩爐的自動化控制系統(tǒng)及其應(yīng)用介紹

鐘罩爐廣泛應(yīng)用于磁性材料、電子陶瓷元件、粉末冶金等產(chǎn)品的預(yù)燒和燒結(jié)，也可以滿足特種電子陶瓷元件在保護氣氛下燒結(jié)之用。

隨著通訊、IT行業(yè)、汽車電子等行業(yè)的迅速發(fā)展，市場對磁材的需求量愈來愈大，國內(nèi)錳鋅鐵氧體制備工業(yè)發(fā)展迅速?，F(xiàn)階段國內(nèi)的磁材行業(yè)因電子產(chǎn)品小型化、高效化發(fā)展趨勢，對燒結(jié)設(shè)備高品質(zhì)、靈活性要求越來越高。在此情勢下，鐘罩爐的高性能、高價格比的特性已進入普及化階段。

在磁材行業(yè)，錳鋅軟磁鐵氧體燒結(jié)設(shè)備主要有兩種，一種是相對主流的推板窯爐，一種是近年來優(yōu)勢逐步顯現(xiàn)的鐘罩爐燒結(jié)設(shè)備。推板窯爐是以位移為基準變量的溫度、氣氛的函數(shù)，為連續(xù)式燒結(jié)爐。氣氛的改變只有靠氣簾完成，對氣氛的隔離效果是有限的，產(chǎn)品質(zhì)量、一致性很難得到保證。鐘罩爐是以時間為基準變量的溫度、氣氛的函數(shù)，使氣氛和溫度根據(jù)工藝曲線無級跟蹤，為批次燒結(jié)爐。溫度和氣氛控制為實時控制，生產(chǎn)出的產(chǎn)品質(zhì)量好、成品一致性等優(yōu)點。國內(nèi)主要有三種爐型的鐘罩爐：全自動罩式燒結(jié)爐、開環(huán)式罩式燒結(jié)爐、手動控制罩式燒結(jié)爐。

下文將詳細介紹在磁材燒結(jié)行業(yè)中輝達工控專業(yè)為全自動罩式燒結(jié)爐設(shè)計的自動化控制系統(tǒng)以及其優(yōu)勢之處。

在燒結(jié)工序中溫度、氣氛的控制是關(guān)鍵。燒結(jié)時溫度、氣氛、壓力三者的配合直接影響著成型體的氣孔的形狀、大小、數(shù)目；顆粒的形狀、大??；晶粒的大小。

全自動罩式燒結(jié)爐整體設(shè)計：采用人工智能的控制算法全自動控制爐膛內(nèi)的溫度、氣氛、壓力和流量等參數(shù)，可以對燒結(jié)過程中的排膠、升溫、保溫、冷卻等各個環(huán)節(jié)的溫度、氣氛、壓力以及升、降溫速度等進行嚴格而準確的控制，具有溫度場均勻、氣氛控制精確、工藝設(shè)置靈活、燒結(jié)一致性好等優(yōu)點。溫度、氣氛對時間的函數(shù)關(guān)系可任意設(shè)置。既可單獨對溫度或氣氛設(shè)曲線，又可設(shè)lgPO2=a-b/T曲線；工藝設(shè)置曲線豐富，可設(shè)置50段溫度氣氛曲線。全自動化的控制系統(tǒng)充分滿足高檔磁芯復(fù)雜的燒結(jié)工藝的要求。

一、鐘罩爐溫度控制

在磁材燒結(jié)過程中，升溫速渡過快將影響晶粒均勻性，最終對產(chǎn)品的電磁特性有影響。同時還會引起開裂，影響產(chǎn)品的密度和機械性能。燒結(jié)最高溫度和連結(jié)時間將直接影響固相反應(yīng)程度、晶粒大小、尺寸收縮、最終影響產(chǎn)品的電磁特性、機械特性、尺寸。冷卻速度會影響化學(xué)成分、晶相結(jié)構(gòu)，從而影響產(chǎn)品的磁特性和機械性能。而不適宜的氧分壓會改變材料的氧化程度，改變晶界能，形成不均勻的化學(xué)成分。

鐘罩爐的溫度加熱區(qū)采用輝達工控公司的KY系列一體化智能可控硅移相觸發(fā)模塊組合作為基本功率調(diào)節(jié)單元，分別對每控溫區(qū)進行溫度控制，該模塊具有先進的智能PID控制算法，具有完美的自整定、自適應(yīng)功能，多種量程設(shè)定，可根據(jù)設(shè)置的工藝曲線（可設(shè)置50段）分別設(shè)定升溫速度、保溫溫度保溫精度和降溫速度，實現(xiàn)升溫斜率、保溫溫度、保溫時間和降溫的自動調(diào)節(jié)控制，并可顯示理論值和實測值，提高了控制水平和控溫精度。

二、鐘罩爐電動控制和氣路控制

    升降機構(gòu)由電動機、變頻器、傳動節(jié)和升降臺等組成。爐床置于升降臺上，爐床上升與爐體底盤的密封采用氣密性密封結(jié)構(gòu)：
    采用HUIDA輝達工控HD-M-D4000系列開關(guān)量模塊來控制爐門開關(guān)、風(fēng)機運行，采用HD-M-A4000系列模擬量模塊，實現(xiàn)壓力的檢測和控制。
    氣路系統(tǒng)分送氣、排氣、循環(huán)冷卻等幾個部分。  送氣管路由氣體減壓閥，電磁閥、流量調(diào)節(jié)閥等組成?？諝馔ㄟ^流量調(diào)節(jié)閥進行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)后的氣體送至循環(huán)管道，從爐體周圍進入爐膛，氣體在爐膛內(nèi)與工件反應(yīng)后經(jīng)中部管道排出，進入循環(huán)冷卻管道或排出室外。

三、鐘罩爐集散控制系統(tǒng)

    為方便操作和管理，整個控制系統(tǒng)采用現(xiàn)場觸摸屏加辦公室電腦監(jiān)控，所有功能模塊均帶有RS485通訊接口，能方便地與計算機聯(lián)機工作。所有現(xiàn)場參數(shù)包括實時溫度，設(shè)定溫度、工作電流、工作電壓、系統(tǒng)運行狀態(tài)等均在電腦上直觀地顯示出來。同時各種工藝參數(shù)修改如溫度設(shè)定，報警參數(shù)設(shè)定、相序設(shè)定、PID參數(shù)設(shè)定等可通過現(xiàn)場觸摸屏修改，亦可通過電腦直接操作修改。

考慮到簡單、方便、適用的原則，計算機組態(tài)采用MCGS上位機組態(tài)軟件，并增加一個現(xiàn)場MCGS觸摸屏監(jiān)控，通過PC機，觸摸屏，下位機三者環(huán)形控制，讓使用更加方便，操作更加靈活安全，數(shù)據(jù)保存更加全面。

四、輝達工控該鐘罩爐自動化控制系統(tǒng)方案的優(yōu)勢

1)精密控制： 可燒結(jié)高檔產(chǎn)品由罩式窯體和窯車組成密閉爐膛，輝達工控設(shè)計的自動化控制系統(tǒng)可以對燒結(jié)過程中的排膠、升溫、保溫、冷卻等各個環(huán)節(jié)的溫度、氣氛、壓力以及升、降溫速度等進行嚴格而準確的控制，充分滿足高檔磁芯復(fù)雜的燒結(jié)工藝的要求。

2) 產(chǎn)品一致性好：鐘罩窯爐膛容積一般不大，爐膛內(nèi)的溫度、氣氛等比較容易達到均勻一致，同爐燒結(jié)產(chǎn)品一致性好。

3) 綜合成本低：輝達工控設(shè)計的罩式爐自動化控制系統(tǒng)操作簡單，日常操作只需按下啟動和停止按鈕，全自動控制和記錄，有故障或偏離設(shè)定曲線時會報警，燒結(jié)期間無須人工監(jiān)視。

4) 節(jié)能省電：罩式爐滿功率運行時間只有3~4小時，其它時間耗電很少，可將此加溫段安排在深夜，便于利用波谷電價；同時，輝達工控的KY系列一體化調(diào)壓器自帶電流、電壓、電量監(jiān)測功能，極大的方便了用戶的日常電量統(tǒng)計管理及合理安排生產(chǎn)，做好節(jié)能安排工作。

5) 負載老化報警：KY系列一體化調(diào)壓器針對窯爐負載易老化現(xiàn)象，開發(fā)出針對負載老化報警指示功能；其與上位機配合使用，當(dāng)用戶設(shè)定好初始負載阻值及偏差報警阻值后，一但使用過程中負載阻值超過偏差報警值后，KY調(diào)壓器將向上位機發(fā)送報警信號，再由上位機報警記錄及報警指示提示用戶須更換新負載了。合理的使用負載即能減少必要的負載更換浪費也能保持窯爐的良好工作狀態(tài)，給用戶帶來好的使用休念與好的經(jīng)濟效益。

6) 生產(chǎn)靈活性高：由于是按批間歇燒結(jié)，每個批次均可以根據(jù)產(chǎn)品形狀、尺寸、材料等的不同，而采用不同的溫度曲線、氣氛曲線和壓力曲線。工藝曲線預(yù)先設(shè)定在控制系統(tǒng)內(nèi)，屆時通過計算機選擇即可，調(diào)整也非常方便。非常利于根據(jù)定單不同靈活安排生產(chǎn)。

7) 利于提高競爭力：便于提高燒結(jié)水平。調(diào)整工藝簡單方便，利于優(yōu)化生產(chǎn)工藝。

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