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近年來，隨著熱處理設(shè)備的廣泛應(yīng)用，熱處理設(shè)備使用效率逐年提升，但設(shè)備出現(xiàn)故障的頻次也隨之增多。

 

不同用途的熱處理設(shè)備加熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成大同小異，目前大都使用具有PID算法的智能儀表作為核心控溫元件，通過功率控制器連接加熱組件進(jìn)行調(diào)功輸出。因此對(duì)于如何保障熱處理設(shè)備加熱系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，是設(shè)備維修人員所關(guān)注的重點(diǎn)。

 

一、烘箱升溫異常故障

 

1.1 故障現(xiàn)象

一臺(tái)4.5m×8m的烘箱在啟動(dòng)加熱后存在長時(shí)間且不固定的延遲加熱現(xiàn)象，同時(shí)在接近設(shè)定溫度值時(shí)升溫速率越來越慢，導(dǎo)致零件保溫時(shí)間延后，嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率。

 

1.2 故障分析

對(duì)設(shè)備加熱控制模式進(jìn)行分析，該設(shè)備使用霍尼韋爾UDC2500儀表作為控溫儀表，儀表輸出4~20mA信號(hào)至SSR調(diào)功器調(diào)功輸出，SSR調(diào)功器連接加熱管（Y接）進(jìn)行控制加熱。通過對(duì)控溫儀表控制加熱時(shí)的全程狀態(tài)進(jìn)行觀察時(shí)，發(fā)現(xiàn)兩個(gè)異?，F(xiàn)象。

 

1）啟動(dòng)加熱初期，SP值（設(shè)定值）隨程序設(shè)定斜坡逐漸上升，當(dāng)SP值明顯高于PV值（測(cè)量值）時(shí)，儀表仍然沒有輸出，查看儀表OUTPUT數(shù)值一直顯示為0，這是導(dǎo)致啟動(dòng)加熱后前期存在一段時(shí)間的不加熱情況的原因。

引起此現(xiàn)象的可能因素有兩點(diǎn)：

①儀表內(nèi)部電路板硬件異常導(dǎo)致。

②儀表控制參數(shù)異常。

 

2）儀表開始輸出后，升溫正常，但在PV值與SP值差距較大時(shí)（以設(shè)置130℃為例，SP值為130℃，PV值為105℃），控溫儀表就開始降低輸出至60%左右進(jìn)行控制加熱，直到PV值達(dá)到設(shè)定值，儀表具體的輸出變化量見表1。

表1  溫控儀表PV-SP-輸出功率對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)（每隔30s記錄一次）

這種超前調(diào)節(jié)的控制模式導(dǎo)致出現(xiàn)升溫曲線第二段異常情況，在逐漸接近設(shè)定值時(shí)到溫十分緩慢。引起此現(xiàn)象的可能因素有：

①儀表內(nèi)部PID控制參數(shù)不佳，與實(shí)際情況不匹配。

②控溫模式異常。

 

1.3 故障處理

1）對(duì)加熱線路三相電阻值進(jìn)行測(cè)量，三相電阻平衡，確認(rèn)加熱元件無損壞情況，排除因加熱元件損壞導(dǎo)致發(fā)熱量不足而到溫慢的可能。

 

2）儀表PID參數(shù)不匹配的可能。啟動(dòng)儀表TUNE自整定功能，自整定過程正常。通過超溫、降溫幾個(gè)波段自動(dòng)計(jì)算適宜的PID參數(shù)，結(jié)果自整定保持溫度穩(wěn)定。整定完成后的PID參數(shù)與整定前比較差別不大，再次進(jìn)行升溫測(cè)試無效果，同時(shí)手動(dòng)大幅度調(diào)整比例帶及積分參數(shù)，仍無效果，故障依舊存在。

 

3）儀表控制模式異常的可能。檢查儀表CTRALG算法設(shè)置組、OUTALG輸出設(shè)置組、CONTRL控制設(shè)置組，發(fā)現(xiàn)在CTRALG算法設(shè)置組中輸出算法類型參數(shù)設(shè)置為PIDB，意思為儀表僅對(duì)設(shè)定點(diǎn)更改提供一個(gè)積分響應(yīng)，對(duì)增益或微分操作引起的輸出沒有影響。故確定故障原因?yàn)樗惴▍?shù)設(shè)置錯(cuò)誤，導(dǎo)致儀表出現(xiàn)輸出的異常延遲、超前調(diào)節(jié)現(xiàn)象。將其算法修改為PIDA（使用比例、積分、微分綜合控制）后進(jìn)行測(cè)試，升溫?zé)o異常。

圖片

 

二、臥室真空回火爐后區(qū)不加熱故障

 

2.1 故障現(xiàn)象

一臺(tái)三區(qū)控溫的WZH-60型臥室真空回火爐在啟動(dòng)加熱后偶發(fā)出現(xiàn)后區(qū)無加熱電壓、電流現(xiàn)象，如圖1所示。

圖1  后區(qū)無加熱電壓、電流

 

2.2 故障分析

對(duì)該設(shè)備的加熱控溫原理（見圖2）進(jìn)行分析，這是一種典型的真空爐加熱控制方式。設(shè)備使用歐陸2704儀表作為控溫儀表，儀表內(nèi)具有3個(gè)輸出模塊，分別輸出4~20mA的電流至3個(gè)功率調(diào)節(jié)器（功率調(diào)節(jié)器采用移相觸發(fā)的方式實(shí)現(xiàn)電壓的無極調(diào)節(jié)，從而達(dá)到控制功率的目的）控制前區(qū)、中區(qū)、后區(qū)獨(dú)立加熱。由于真空爐其特殊的加熱負(fù)載特性，使用變壓器進(jìn)行二次變壓。根據(jù)電氣圖樣發(fā)現(xiàn)電氣柜上的加熱電壓表所測(cè)量的電壓值為功率控制器的輸出電壓，在啟動(dòng)加熱時(shí)使用萬用表測(cè)量功率控制器輸出電壓確實(shí)為零，脫開負(fù)載進(jìn)行測(cè)試仍沒有電壓輸出，故確定故障原因在功率控制器及前端控制部分。

 

初步判斷，引起此現(xiàn)象的幾種可能原因有：

①控溫儀表未輸出4~20mA信號(hào)至功率調(diào)節(jié)器。

②功率調(diào)節(jié)器啟動(dòng)條件不滿足。

③功率調(diào)節(jié)器損壞。

圖2  加熱控溫原理

 

2.3 故障處理

1）針對(duì)控溫儀表未輸出控制信號(hào)的可能。通過儀表參數(shù)查看輸出模塊是否存在接觸不良的現(xiàn)象，檢查MODULE IO參數(shù)，輸出模塊正常顯示。同時(shí)為進(jìn)一步驗(yàn)證輸出信號(hào)的存在，在功率控制器輸入端處測(cè)量控制信號(hào)電流，如圖3所示。測(cè)量結(jié)果表明，存在8.8mA的輸入電流，與儀表端30%的輸出相匹配（在低溫段儀表限制輸出為30%防止過沖），證明控溫儀表端無異常，能夠正常輸出控制信號(hào)。

圖3  檢測(cè)控制信號(hào)電流值

2）功率控制器啟動(dòng)條件不滿足的可能。通過分析其接線圖樣及對(duì)應(yīng)端子的功能，確定功率控制器控制模式使用的是自動(dòng)控制模式（連接其K1、K3端子），在啟動(dòng)加熱后，應(yīng)控制K1和K3端子接通，功率控制器方可進(jìn)行輸出，實(shí)際進(jìn)行測(cè)量后發(fā)現(xiàn)K1與K3并未接通，進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)K3線路在上端接線排處連接松動(dòng)，導(dǎo)致出現(xiàn)斷路情況。進(jìn)行線路緊固后故障消除，設(shè)備恢復(fù)正常使用。

 

三、熱壓罐設(shè)備控溫不穩(wěn)定故障

 

3.1 故障現(xiàn)象

一臺(tái)德國肖茨4m×10m的熱壓罐，在使用過程中出現(xiàn)控溫系統(tǒng)不穩(wěn)定的情況，如圖4所示。這是一種非常典型的溫度系統(tǒng)周期性振蕩曲線，已經(jīng)嚴(yán)重影響了復(fù)合材料的固化質(zhì)量。

圖4  熱壓罐控溫振蕩曲線

 

3.2 故障分析

對(duì)熱壓罐控溫工作原理進(jìn)行分析，該設(shè)備使用霍尼韋爾UDC2500智能儀表進(jìn)行PID控溫，設(shè)置輸出類型為4~20mA電流信號(hào)。當(dāng)儀表輸出功率＞50%時(shí)為加熱模式，輸出12~20mA電流控制調(diào)功器對(duì)安裝在罐體尾部加熱管進(jìn)行加熱；當(dāng)儀表輸出功率＜50%時(shí)為冷卻模式，用于控制兩個(gè)口徑大小不一連接在冷卻水管路上的氣動(dòng)薄膜閥動(dòng)作往罐尾冷卻器通入冷卻水。小口徑冷卻閥（預(yù)冷閥）動(dòng)作對(duì)應(yīng)儀表25%~50%輸出，用于調(diào)節(jié)溫度；大口徑冷卻閥（主冷閥）動(dòng)作對(duì)應(yīng)儀表0~25%輸出，用于降溫冷卻。

 

初步判斷造成罐體保溫時(shí)系統(tǒng)周期性振蕩的可能原因有：

①執(zhí)行器動(dòng)作異常，導(dǎo)致系統(tǒng)具有嚴(yán)重的滯后性。

②PID控制參數(shù)不合理。

 

3.3 故障處理

首先，對(duì)預(yù)冷閥進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)存在兩個(gè)問題：

①所連接閥體定位器的氣動(dòng)管路破損，有漏氣現(xiàn)象。

②閥體執(zhí)行桿銹蝕嚴(yán)重，且存在輕微漏水現(xiàn)象。

 

這兩點(diǎn)因素都會(huì)引起冷卻閥的動(dòng)作滯后及閥體開度與控制信號(hào)不匹配，對(duì)此我們進(jìn)行了閥體及破損管路的更換工作，完成后進(jìn)行保溫測(cè)試，振蕩效果有明顯改善。其次，我們手動(dòng)對(duì)PID參數(shù)進(jìn)行微調(diào)，通過多次的升溫保溫測(cè)試，最終確定了合適的PID控制參數(shù)，達(dá)到了保溫時(shí)系統(tǒng)穩(wěn)定的效果，如圖5所示。這樣不僅減少了執(zhí)行器的動(dòng)作次數(shù)，而且延長了系統(tǒng)的使用壽命。

圖5  熱壓罐正?？販厍€

 

四、結(jié)語

 

熱處理設(shè)備的加熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成相對(duì)簡單，其控溫精度是系統(tǒng)的技術(shù)難點(diǎn)，維修人員在處理此類問題時(shí)，需要整體性思維，逐步、細(xì)心地排查可能因素，這樣才能夠快速準(zhǔn)確地確定故障原因。同時(shí)作為維修保障人員，更應(yīng)該思考的是如何做好熱處理設(shè)備加熱系統(tǒng)的預(yù)防性維護(hù)工作，如對(duì)控制儀表進(jìn)行權(quán)限設(shè)置，防止操作人員誤修改控制參數(shù)、儀表的參數(shù)備份與定期核對(duì)，加強(qiáng)設(shè)備巡檢，以及定期檢測(cè)加熱組件的好壞等，只有“治未病”，設(shè)備才能長期穩(wěn)定運(yùn)行。