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实验电炉

老式接触器控制箱式炉控温系统改造为PID可控硅控制案例

军工品中很多弹体材料的退火回火等热处理工艺常常会用到箱式炉，所以在军工企业中的箱式电阻炉应用很广泛。随着科技进步和时代发展，对军工弹体材料的热处理性能要求日益增高，对箱式电阻炉设备的控制性能也越来越高。而目前很多军工企业的箱式电阻炉设备使用年限很长，有些超过20年以上，箱式电阻炉控制系统还是采用20多年前的老式温度控制接触器，控制器各个器件也老化了，某些器件已停产无法更换，且可靠性差，控制精度差，导致故障频发，造成产品的质量事故。下面以某军工厂1台30年前老式接触器控制温控系统为例，介绍利用PID控制仪表改造老式箱式炉温控系统的过程。

一、概述

鉴于该厂此台箱式电阻炉控制系统使用年限超过30年，控温性能差，可靠性差，需要进行技术改造，决定采用PID控制仪表及双向可控硅取代原有接触器主电路控制系统，并增加报警系统使箱式电阻炉运行稳定可靠噪声小。

改造后的箱式电阻炉主要由：主电路部分、温度控制系统、报警系统等。

二、箱式炉主电路

箱式电阻炉主电路图如下，原来的接触器主电路改造成双向可控硅主电路，利用双向可控硅的开关特性实现对箱式电阻炉电源通断的控制。为了对双向可控硅进行有效的保护，在电路中增加了快容保护系统以及阻容吸收保护电路，以防止电路故障时的过流损坏双向可控硅。为了实际生产需要，需要控制双向可控硅工作的触发信号，在控制电路中增加了一个继电器手动控制触发信号。

采用了大的轴流风扇对可控硅进行冷却，通过生产过程检验，满足使用要求。为了防止在冷却系统未送电时电阻炉送电，导致双向可控硅温度过高而损坏，在冷却电路中并联了一个继电器KM1，确保在冷却电路送电后，箱式炉控制电路才能工作。

三、PID温度控制系统

温度控制系统如图2，采用XMA-5000温度智能控制表，该仪表具有高速14位高精度A/D转送器，万能分度号输入，具有热电偶冷端补偿，自动稳零及非线性处理技术，长期运行无温漂。XMA-5000温度智能控制器采用PID算法及PID自整定技术，保证了系统不超调，不欠调，控温精度可达到1℃。XMA-5000系列智能PID调节器可软件设置输出上下限幅值，支持外部手动限幅；定值控温模式下升温速率可设定，可分段限幅，具有恒温计时功能；含50段时间程序存储地址，时间曲线条数可灵活设置，人性化跟踪运行；各段时间程序可分别限幅，有效减少超调；支持多种输出方式：变送输出、固态继电器输出、可控硅触发输出；支持MODBUS-RTU通讯协议，RS485硬件接口，通讯接口具有高压、大电流等保护功能；校正数据具有备份/恢复功能。

采用了双报警系统，使电阻炉工作更加可靠，还应用了一块温度显示仪表对炉温进行二次监控，减少因温控器故障使电阻炉跑温造成质量事故。

打印电路可对产品的加热时间进行跟踪打印，以确定材料达到生产时所需的加热温度及保温时间。

四、箱式电阻炉控制电路

箱式电阻炉的启动控制电路如下图所示，其中QF3为XMA-5000温度控制仪表的电源控制开关。SB1为启动按钮，当启动按钮SB1闭合后，使继电器KM通电工作，KM的常开触点闭合，，接通电路，使温度控制电路进入工作状态。

为了满足质量安全标准，在电阻炉炉门开启时，电阻炉应自动断电，防止触电事故的发生。为了满足这一要求，在电阻炉控制系统电路中串接了一常闭触点。当电阻炉炉门开启时，该常闭触点断开，控制电路电源断开，继电器KM失电，断开温度控制器的可控硅触发信号，双向可控硅停止工作，电阻炉停止送电。

五、结束

该箱式电阻炉设备改造后运行稳定，没有因设备自身的原因发生故障，较改造前有了明显的改善，提高了生产效率，达到了同类设备的先进水平。

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