ГлавнаяКарта сайтаПечатьE-mail
КонтрАвт
Увлекая к успеху
Поиск продукции КонтрАвт
Поиск по сайту
Подписка
формаКаталог по почте
Оформите подписку и получайте по почте Каталог продукции и буклеты о Новинках


Термообработка металлических деталей в атмосфере эндогаза

Описание объекта автоматизации

Рассмотрим применение программного регулятора МЕТАКОН 613 для управления и регулирования процессом термообработки металлических деталей в атмосфере эндогаза.

ВНИМАНИЕ. Данный материал иллюстрирует только функциональные возможности программного регулятора МЕТАКОН-613, но ни в коей мере не является описанием технологии химико-термической обработки металла. Практическое применение должно базироваться на технологиях, принятых на Вашем предприятии.

Для реализации данного химико-термического технологического процесса обычно используют шахтные или колпаковые электропечи сопротивления с защитной атмосферой. Эта технологическая операция предназначена для поверхностного упрочнения изделий путем диффузного насыщения поверхностей металлов в среде эндогаза. В результате, при сохранении вязкой сердцевины существенно повышаются предел усталости, износостойкость и коррозионная стойкость изделий из низкоуглеродистых сталей (штамповый инструмент, распредвалы и т.д.).

Конструктивно электропечи для химико-термической обработки состоят из металлического каркаса, футерованного шамотно-волокнистым огнеупорными материалами. Для закрепления электрических проволочных нагревателей в боковых стенках камеры устанавливаются керамические подвески.

Нагреватели изготавливаются из нихрома, имеют спиральную форму и поддерживаются керамическими трубками. В нижней части футеровки выполнены каналы для подачи эндогаза в камеру или сжатого воздуха в режиме охлаждения. Сверху на печь устанавливается крышка, как правило, с волокнистыми огнеупорными материалами.

Установка и снятие крышки печи, а также загрузка и разгрузка садки осуществляется мостовым краном или другими цеховыми подъемно-транспортными средствами.
Для обеспечения режимов химико-термической обработки деталей в непосредственной близости от печи устанавливается дополнительное оборудование: электромагнитные клапаны для подачи и сброса эндогаза, баллоны с запасом эндогаза, смесители, фильтры, сероотделители, ручная арматура и целый ряд другого оборудования.

Печь с обеспечивающим оборудованием, таким образом, представляет собой комплекс химико-термической обработки (ХТО).

Процесс термообработки

Перед проведением термообработки садка деталей помещается в камеру печи.

Печь разогревается до некоторой температуры, при которой садка деталей выдерживается определенное время с целью обеспечения равномерного прогрева. После этого, продолжается разогрев до рабочей температуры. При достижении ее (ок.750°С), производится подача эндогаза. По окончании процесса термообработки  прекращается подача эндогаза в рабочее пространство, сбрасывается избыточное давление эндогаза, открывается крышка печи. Изделия выгружаются.

Подается новая загрузка и цикл повторяется.

Алгоритм и программа управления комплексом

  1. Поднимается крышка печи, срабатывает конечный выключатель, запрещая подачу сигнала управления на коммутацию спиралей нагревателей.
  2. Загружается садка деталей в рабочую камеру печи.
  3. Устанавливается крышка печи, срабатывает конечный выключатель крышки, разрешая подачу сигнала управления на коммутацию спиралей нагревателей.
  4. После нажатия кнопки «ПУСК» активируется программа термообработки. Печь разогревается до температуры Тн. При температуре Тн осуществляется выдержка для обеспечения равномерного нагрева деталей. После выдержки садки в течение заданного времени при температуре Тн, печь продолжает разогреваться до температуры Тт. После некоторой выдержки при температуре Тт включается клапан подачи эндогаза. Эндогаз начинает поступать в рабочую камеру печи и начинается собственно химико-термическая обработка. Эта обработка может проводиться в одну, две стадии, или циклически, когда значение Тт в течение термообработки периодически понижается и повышается. Такие технологические параметры как состав газовой среды, давление, температура и время оказывают существенное влияние на характеристики диффузионного слоя на поверхности обрабатываемых деталей, поэтому они должны контролироваться системой управления.
  5. При проведении ХТО давление в печи контролируется по датчику давления. «Скользящая» уставка компаратора регулятора температуры следит за температурой. Если температура в печи выходит из заданной «трубки точности» на этапе подачи эндогаза, то формируется сигнал об отклонении режима термообработки от заданного технологическим регламентом. В этом случае персонал участка предпринимает корректирующие действия, предусмотренные технологическим регламентом.
  6. По окончании ХТО закрывается клапан подачи эндогаза, температура в печи понижается, а после достижения некоторого значения открывается клапан сброса газа из печи. Затем клапан сброса давления закрывается, программа термообработки останавливается, и печь естественным образом остывает. На этом этапе также контролируется температура в рабочей камере печи. После остывания печи, снимается крышка, детали выгружаются и печь снова готова к проведению  ХТО следующей партии изделий.

Термообработка в шахтной/колпаковой электропечи сопротивления с защитной атмосферой

График процесса

График

 

Компоненты

Для управления вышеописанным технологическим процессом может быть реализована схема, представленная выше.

В схеме используются:

  • Программный регулятор микропроцессорный измерительный МЕТАКОН-613-Т-ТП-1. Применяется для измерения температуры в печи и программного управления технологическим процессом в соответствии с заданной временной диаграммой.
  • Фильтр сетевой ФС –220 для устранения влияния сетевых помех на схему контроля и управления.
  • Блок питания БП-24-0,5 для питания постоянным стабилизированным напряжением исполнительной части схемы и сигнализации.
  • Блок электромеханических реле БР4-24-1-1 для реализации функций блокировок и гальванической развязки цепей низкого и высокого напряжения.
  • Блок коммутации реверсивный БКР для коммутации напряжения на соленоидные приводы (ток до 300 мА) клапанов подачи и сброса эндогаза.
  • Блок симисторный БС для бесконтактной коммутации нагревательных спиралей к силовой сети.
  • Реле промежуточное РП для формирования сигнала на запрет подачи управляющего напряжения при открытии крышки печи. Используется в цепи конечного выключателя КВ, установленного на крышке печи.
  • Предохранители, светодиодные индикаторы, органы управления (кнопки «Пуск», СТОП», тумблер «Пауза») и другое вспомогательное и обеспечивающее электрооборудование.

Принцип дейстия

Этап 0

Подаются питающие напряжения: приборная сеть 220В, 50 Гц , вспомогательное напряжение 36 В, 50 Гц и напряжение силовой сети 220…380 В. После этого на лицевой панели программного регулятора МЕТАКОН-613-Т-ТП-1 отображается температура в рабочей камере печи. Регулятор измеряет температуру с помощью термопары (ТП). В исходном состоянии, когда крышка установлена на печь, конечный выключатель КВ замкнут, промежуточное реле РП находится под напряжением, контакт реле РП в цепи управления симисторным блоком замкнут, что обеспечивает прохождение на него сигнала управления, и становится возможной коммутация спиралей печи к силовой сети.

При снятии крышки с печи срабатывает конечный выключатель (контакт КВ размыкается), реле РП отключается, в результате чего подключение нагревательных спиралей печи становится невозможным.

Этап I

После загрузки садки и установки крышки выключатель КВ восстанавливает цепь управления симисторным блоком БС. Нажатием кнопки «ПУСК» запускается программа термообработки, выход контроллера d1 активируется, срабатывает реле К1 блока реле, подключенное параллельно кнопке «ПУСК». Оно шунтирует кнопку, обеспечивая при этом запоминание (самоподхват) команды на запуск программы термообработки.

Одновременно со срабатыванием реле К1 включается индикатор «Программа», сигнализирующий о том, что выполняется программа термообработки.

Уставка по температуре автоматически изменяется по заданной программе. На выходе ПИД-регулятора формируется ШИМ-сигнал управления. Управляемый этим сигналом симисторный блок периодически подключает спирали к силовой сети. В эти моменты загорается индикатор «Нагрев». Спирали начинают разогреваться, температура в печи повышается.

При достижении температурой значения Тн, срабатывает компаратор L, включая световую сигнализацию «Прогрев». После завершения режима прогрева (время t2) уставка, а вслед за ней и температура в печи, продолжает увеличиваться до значения Тт.

Этап III

В момент t4 активируется дискретный выход контроллера d2 и включается реле К2 блока реле БР, загорается световая сигнализация «Эндогаз». Одновременно выход d2 через нормально замкнутое реле К3 подает сигнал управления на вход «БОЛ» блока БКР. Выход «БОЛ» запускает соленоидный привод клапана подачи эндогаза.

Эндогаз начинает поступать в рабочую камеру печи. Нормально открытый контакт включенного реле К2 собирает цепь сигнализации «Нарушение ХТО». Этот сигнал активируется, когда включен клапан подачи эндогаза И срабатывает компаратор Н со «скользящей уставкой». График изменения уставки этого компаратора показан штриховой линией на диаграмме.

При обнаружении персоналом нарушения режима термообработки, предпринимаются действия, предусмотренные технологическим регламентом. Например, при понижении температуры ниже допустимого уровня, имеется возможность проведения адекватных корректирующих воздействий путем продления времени выдержки садки. Для этого достаточно включить тумблер «ПАУЗА» на время, достаточное для коррекции процесса. В это время уставка остается на прежнем уровне - Тт.

По завершении процесса термообработки (время t10) начинается снижение температуры в печи. В момент времени t11 выход d2 становится неактивным, и  закрывается клапан подачи эндогаза. В точке t12, активируется выход контроллера d3, включая реле К3 блока реле БР и световой сигнализатор «Сброс эндогаза».

Нормально замкнутый контакт реле К3 размыкает цепь управления включением клапана подачи эндогаза, что предотвращает одновременное включение двух  клапанов. В момент t13 клапан сброса эндогаза закрывается. Температура в печи продолжает снижаться и в точке t14 выход d1 деактивируется. Реле К1, включенное параллельно кнопке «ПУСК», размыкается, регулятор переходит в состояние «СТОП», электронагреватели отключаются, сигнализатор «Программа» гаснет.

Программа термообработки завершена. При необходимости нажатием кнопки «СТОП» можно полностью остановить выполнение программы и перевести ее в
исходное состояние.

Нажатие кнопки «ПАУЗА» вызывает временную приостановку выполнения программы. Пока нажата кнопка «ПАУЗА», уставка и состояния выходов d1, d2, d3 не меняются.

Если при эксплуатации печи произойдет обрыв датчика температуры, то в этом случае активируется выход контроллера «Авария», срабатывает реле К4 блока реле БР, которое подключает звонок громкого боя и внешнюю световую сигнализацию «АВАРИЯ».

Для фиксации температур при проведении процессов термообработки Регулятор микропроцессорный измерительный МЕТАКОН-613-Т-ТП-1 через интерфейс RS-485 может быть подключен к ПК. Так становится возможным наблюдение изменения температуры в виде графиков, таблиц, а также формирование и запись архивов и отчетов. Для этих целей можно использовать программное обеспечение RNet, разработанное НПФ КонтрАвт.

При необходимости измерения давления в рабочей камере печи, может быть установлен датчик давления. Измерение давления для целей контроля и выработки, при необходимости, дискретных сигналов, может обеспечить Регулятор микропроцессорный измерительный МЕТАКОН-512-Т-ТП-1. На схеме, с целью упрощения, не показано.

 




Copyright © 2003-2016 КонтрАвт
Телефон: +7 (831) 260-13-08 (многоканальный)
Почта: sales@contravt.ru



Powered by TreeGraph (Graphit Ltd.)