立式漆包機

工控機系統(tǒng)配置

工控機系統(tǒng)選用研華工業(yè)PC機和有關(guān)板卡組成系統(tǒng)配置。PCL-818L:12位單端16通道數(shù)據(jù)采集卡,轉(zhuǎn)換速率40KB/S,完全可以滿足控制需要。CLD-789D:16通道小信號放大調(diào)理板。PCL-726:6通道D/A輸出卡。PCL-724:24路DI/DO卡 。

檢測元件和執(zhí)行機構(gòu)選擇

(1)加熱區(qū)溫度用熱電偶測量,熱電偶輸出信號經(jīng)PCLD-789D放大后,送PCL-818L進行A/D轉(zhuǎn)換。循環(huán)熱風風速采用變頻器調(diào)節(jié),加熱電功率采用晶閘管調(diào)功控制,共用6組,每組由3個大功率雙向晶閘管模塊組成 。

(2)燃燒區(qū)負壓測量采用一體化的擴散硅壓力變送器,輸出信號4~20mA。鼓風流量和排廢流量采用變頻器調(diào)速取代原來的擋板節(jié)流控制方式,變頻器輸出頻率在自動方式時,由D/A卡的輸出給定,手動方式時,由面板上的電位器控制,電位器自配 。

(3)收線速度用測速發(fā)電機測量。排線電機和驅(qū)動電機也采用變頻器取代原來的電磁調(diào)速器控制轉(zhuǎn)速,變頻器輸出頻率按工藝要求預(yù)置 。

(4)變頻器故障輸出信號、斷線傳感器信號和監(jiān)控用開關(guān)量信號接PCL-724,晶閘管的觸發(fā)控制信號也由PCL-724輸出 。

系統(tǒng)中既有工藝參數(shù)閉環(huán)調(diào)節(jié),又有電氣開關(guān)量控制,工藝參數(shù)變化速率差別很大,許多參數(shù)間還存在各種聯(lián)系。根據(jù)這些特點,程序設(shè)計中采取了兩項措施,一是采用不同的周期對溫度、壓力和電機轉(zhuǎn)速進行采樣和調(diào)節(jié)。二是根據(jù)各參數(shù)的特點,采用不同的控制策略來實現(xiàn)控制要求 。

烘爐溫度控制

烘爐各加熱區(qū)時間常數(shù)大,存在非線性,采用熱風循環(huán)加熱,使各加熱區(qū)溫度間相互影響,影響程度還與漆包線線徑、線速等因素有關(guān),要實現(xiàn)完全解耦十分困難。因此系統(tǒng)中烘爐各加熱區(qū)溫度調(diào)節(jié)采用模糊控制算法,模糊控制器以溫度偏差E和溫度偏差變化率EC為輸入變量,輸出變量為U,模糊子集取{NB,NM,NS,0,PS,PM,PB},論域為{-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6},模糊變量的隸屬函數(shù)采用三角形分布函數(shù),根據(jù)操作人員的經(jīng)驗知識,總結(jié)出模糊控制規(guī)則,根據(jù)模糊控制規(guī)則離線計算出控制規(guī)則表,實際運行時,每一控制周期中,根據(jù)采樣得到的溫度偏差和偏差變化率的量化值查表取得當前時刻的控制輸出量的量化值,再乘以比例因子,即可得到最終的輸出控制量。烘爐加熱要耗費大量熱量,立式漆包機有電能和有機溶劑蒸氣燃燒產(chǎn)生的高溫廢氣兩種加熱介質(zhì),為了充分利用高溫廢氣熱量,節(jié)省電能,烘爐溫度調(diào)節(jié)采用循環(huán)熱風流速和電功率雙操作量執(zhí)行方式,二操作量對調(diào)節(jié)器輸出進行分程,利用循環(huán)熱風對爐溫進行粗調(diào),通過電加熱對爐溫進行細調(diào),控溫回路根據(jù)加熱區(qū)的控溫偏差、循環(huán)熱風流速和溫度動態(tài)計算分程點 。

有機溶劑蒸氣燃燒控制

有機溶劑蒸氣燃燒過程中要不斷補充新鮮空氣,以使得廢氣充分燃燒,而鼓入的新鮮空氣過多會影響爐溫;烘爐內(nèi)有機溶劑蒸氣燃燒生成的二氧化碳和水蒸汽等廢氣濃度過高會影響催化效果,但是高溫廢氣大量排出也會影響爐溫。因此加熱過程中要適當控制排廢量,工藝要求排出的廢氣約占循環(huán)熱風總量的20%左右。調(diào)節(jié)鼓風流量和排廢流量時,還要維持燃燒區(qū)為負壓。綜合上述控制要求,并考慮到燃燒過程中各參數(shù)間的相互影響,燃燒控制采用基于爐壓反饋的排廢流量和鼓風流量比值控制方案,控制算法原理。以壓力調(diào)節(jié)器的輸出作為比值系數(shù),對排廢流量和鼓風流量進行協(xié)調(diào)控制,使二者流量均勻變化,維持燃燒區(qū)壓力穩(wěn)定,同時引入烘爐溫度偏差信號,對排廢流量設(shè)定值進行動態(tài)校正,以減少對爐溫的影響 。

立式漆包機采用了熱風循環(huán)新工藝。導(dǎo)線以速度v放線后退火、涂漆,經(jīng)過烘爐各加熱區(qū)加熱烘焙,導(dǎo)線漆層中有機溶劑和稀釋劑蒸發(fā)出來,漆膜固化烘干。再由收線裝置收線。漆膜烘焙過程中蒸發(fā)出來的有機溶劑蒸氣含有大量的有害氣體,同時又具有很高的燃燒熱值。立式漆包機采用的熱風循環(huán)新工藝,對有機溶劑蒸氣進行催化后燃燒,燃燒產(chǎn)生的高溫廢氣用風機通過熱風循環(huán)系統(tǒng)送到漆包機烘爐內(nèi)循環(huán),作為烘爐加熱熱源之一替代部分電加熱,有機溶劑蒸氣燃燒后變成了二氧化碳和水,大大降低了廢氣中有害氣體的含量。立式漆包機生產(chǎn)工藝較復(fù)雜,要求通過對烘焙溫度、燃燒過程以及其他工藝參數(shù)的控制,保證漆包線漆膜質(zhì)量,消除污染,節(jié)約能源。并按照各道工序的不同要求,控制設(shè)備的運行 。

針對漆包機生產(chǎn)工藝流程和相應(yīng)的機械設(shè)備特點,采用工業(yè)控制計算機組成的漆包機測控系統(tǒng) 。

溫度控制

主要是控制烘爐烘焙溫度及催化加熱和上、下退火區(qū)加熱溫度控制。由于采用高溫廢氣作為烘爐加熱熱源,烘爐各加熱區(qū)之間溫度耦合程度加深,增加了控溫難度,烘焙控溫回路采用靈活的控制算法,在漆包線成膜過程中,對蒸發(fā)、固化等各加熱區(qū)嚴格按照給定爐溫曲線控制烘焙加熱溫度,控溫精度±1%,各區(qū)控溫值可在室溫至550°C之間任意設(shè)置 。

有機溶劑蒸氣燃燒控制

燃燒控制回路通過調(diào)節(jié)鼓風流量和排廢流量維持負壓燃燒,防止有害氣體逸出到空氣中,并使有機溶劑蒸氣充分燃燒 。

順序控制

順序控制取代繼電接觸控制和手動開關(guān)操作,對漆包機系統(tǒng)中各設(shè)備的起動、運行、停機過程進行邏輯控制和安全保護 。

系統(tǒng)監(jiān)測

對漆包機烘爐溫度、爐腔壓力、收線速度等14個測點的模擬量和斷線傳感器、限位開關(guān)、熱繼電器等保護器件、設(shè)備運行狀態(tài)共22個測點的開關(guān)量信號進行監(jiān)視,故障時報警、并可對參數(shù)進行設(shè)定、查詢和修改 。

導(dǎo)線涂漆以后在烘爐中受熱烘焙,是涂漆工藝中最重要的階段。在立式爐的下部,溶劑從漆層中揮發(fā)出來;在爐子的上部,則發(fā)生化學反應(yīng)而形成絕緣漆膜。導(dǎo)線在爐子下部過分受熱,就會使溶劑沸騰并造成廢品。導(dǎo)線在爐子上部過分受熱,漆層就會發(fā)生熱氧化降解現(xiàn)象。而導(dǎo)線在爐子的任何區(qū)段受熱不足,交聯(lián)和成膜過程都會迅速變慢。因此,爐膛壁沿高度的溫度場Tc(h)、供爐中傳熱媒質(zhì)沿高度的溫度場TB(h)和導(dǎo)線涂漆速度V應(yīng)保持一定的關(guān)系,以保證涂漆導(dǎo)線烘焙所需要的溫度。爐子下部發(fā)熱功率的增加,以及沿爐子整個高度上布設(shè)電熱元件,可以使住24型漆包機的生產(chǎn)效率提高1.3~1.5倍 。

有文獻指出，通過用積分微分方程的數(shù)學模型,可以近似解得立式漆包機爐膛壁、熱交換媒質(zhì)和爐殼的溫度;據(jù)此確定的漆包機烘爐的溫度場,精確度為士13%。從而得出,在現(xiàn)有設(shè)備結(jié)構(gòu)條件下,將導(dǎo)線從上導(dǎo)輪不經(jīng)爐外返回爐膛,是提高生產(chǎn)率和降低能耗的最合理方案 。

隨著涂漆導(dǎo)線在爐中線速的增加,導(dǎo)線在烘爐的溶劑揮發(fā)區(qū)和固化成膜區(qū)所滯留的時間都要縮短。因此,隨著線速的增加,必須提高導(dǎo)線的溫度來強化在涂層中的物理一化學過程,以補償導(dǎo)線在爐中滯留時間的減少。然而,在高溫下涂層中發(fā)生熱氧化降解導(dǎo)致氣體雜質(zhì)急驟增加的危險性,以及加熱元件、保溫材料的工作能力,又限制了導(dǎo)線溫度的提高。有文獻指出,由于烘爐溫度場的改善而使C-24型漆包機生產(chǎn)效率的提高,是和電能消耗的增加相連系的 。

因此,為了進一步提高C-24和B-30型漆包機的生產(chǎn)效率,最合理的方案是在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)下導(dǎo)線從上導(dǎo)輪不經(jīng)爐外而重新進入爐膛。這就等于爐長增加了一倍。附圖中曲線可以證明,用上述方案涂制銅線的可能性是有根據(jù)的 。

當導(dǎo)線經(jīng)過漆包爐爐膛返程運動時,重復(fù)利用了傳熱媒質(zhì)在排煙罩區(qū)域所散發(fā)的熱量;增加了涂漆導(dǎo)線在漆包爐中滯留的時間;導(dǎo)線返程運動時,導(dǎo)線和傳熱媒質(zhì)的運動方向相反,使得對流熱交換強烈。由于漆包爐的熱平衡得到改善,所以提高了生產(chǎn)率,降低了電能消耗率 。