立式漆包機(jī)工藝特點(diǎn)和控制要求

立式漆包機(jī)采用了熱風(fēng)循環(huán)新工藝。導(dǎo)線以速度v放線后退火、涂漆,經(jīng)過(guò)烘爐各加熱區(qū)加熱烘焙,導(dǎo)線漆層中有機(jī)溶劑和稀釋劑蒸發(fā)出來(lái),漆膜固化烘干。再由收線裝置收線。漆膜烘焙過(guò)程中蒸發(fā)出來(lái)的有機(jī)溶劑蒸氣含有大量的有害氣體,同時(shí)又具有很高的燃燒熱值。立式漆包機(jī)采用的熱風(fēng)循環(huán)新工藝,對(duì)有機(jī)溶劑蒸氣進(jìn)行催化后燃燒,燃燒產(chǎn)生的高溫廢氣用風(fēng)機(jī)通過(guò)熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)送到漆包機(jī)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(jī)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(jī)生產(chǎn)工藝較復(fù)雜,要求通過(guò)對(duì)烘焙溫度、燃燒過(guò)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(yùn)行 。

針對(duì)漆包機(jī)生產(chǎn)工藝流程和相應(yīng)的機(jī)械設(shè)備特點(diǎn),采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)組成的漆包機(jī)測(cè)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(guò)程中,對(duì)蒸發(fā)、固化等各加熱區(qū)嚴(yán)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(jī)溶劑蒸氣燃燒控制

燃燒控制回路通過(guò)調(diào)節(jié)鼓風(fēng)流量和排廢流量維持負(fù)壓燃燒,防止有害氣體逸出到空氣中,并使有機(jī)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(dòng)開關(guān)操作,對(duì)漆包機(jī)系統(tǒng)中各設(shè)備的起動(dòng)、運(yùn)行、停機(jī)過(guò)程進(jìn)行邏輯控制和安全保護(hù) 。

系統(tǒng)監(jiān)測(cè)

對(duì)漆包機(jī)烘爐溫度、爐腔壓力、收線速度等14個(gè)測(cè)點(diǎn)的模擬量和斷線傳感器、限位開關(guān)、熱繼電器等保護(hù)器件、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)共22個(gè)測(cè)點(diǎn)的開關(guān)量信號(hào)進(jìn)行監(jiān)視,故障時(shí)報(bào)警、并可對(duì)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定、查詢和修改 。

工控機(jī)系統(tǒng)配置

工控機(jī)系統(tǒng)選用研華工業(yè)PC機(jī)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(hào)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(cè)元件和執(zhí)行機(jī)構(gòu)選擇

(1)加熱區(qū)溫度用熱電偶測(cè)量,熱電偶輸出信號(hào)經(jīng)PCLD-789D放大后,送PCL-818L進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。循環(huán)熱風(fēng)風(fēng)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(gè)大功率雙向晶閘管模塊組成 。

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

(3)收線速度用測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)量。排線電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)也采用變頻器取代原來(lái)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(hào)、斷線傳感器信號(hào)和監(jiān)控用開關(guān)量信號(hào)接PCL-724,晶閘管的觸發(fā)控制信號(hào)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(diǎn),程序設(shè)計(jì)中采取了兩項(xiàng)措施,一是采用不同的周期對(duì)溫度、壓力和電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行采樣和調(diào)節(jié)。二是根據(jù)各參數(shù)的特點(diǎn),采用不同的控制策略來(lái)實(shí)現(xiàn)控制要求 。

烘爐溫度控制

烘爐各加熱區(qū)時(shí)間常數(shù)大,存在非線性,采用熱風(fēng)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(shí)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?yàn)閧-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(yàn)知識(shí),總結(jié)出模糊控制規(guī)則,根據(jù)模糊控制規(guī)則離線計(jì)算出控制規(guī)則表,實(shí)際運(yùn)行時(shí),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(dāng)前時(shí)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(fèi)大量熱量,立式漆包機(jī)有電能和有機(jī)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(fēng)流速和電功率雙操作量執(zhí)行方式,二操作量對(duì)調(diào)節(jié)器輸出進(jìn)行分程,利用循環(huán)熱風(fēng)對(duì)爐溫進(jìn)行粗調(diào),通過(guò)電加熱對(duì)爐溫進(jìn)行細(xì)調(diào),控溫回路根據(jù)加熱區(qū)的控溫偏差、循環(huán)熱風(fēng)流速和溫度動(dòng)態(tài)計(jì)算分程點(diǎn) 。

有機(jī)溶劑蒸氣燃燒控制

有機(jī)溶劑蒸氣燃燒過(guò)程中要不斷補(bǔ)充新鮮空氣,以使得廢氣充分燃燒,而鼓入的新鮮空氣過(guò)多會(huì)影響爐溫;烘爐內(nèi)有機(jī)溶劑蒸氣燃燒生成的二氧化碳和水蒸汽等廢氣濃度過(guò)高會(huì)影響催化效果,但是高溫廢氣大量排出也會(huì)影響爐溫。因此加熱過(guò)程中要適當(dāng)控制排廢量,工藝要求排出的廢氣約占循環(huán)熱風(fēng)總量的20%左右。調(diào)節(jié)鼓風(fēng)流量和排廢流量時(shí),還要維持燃燒區(qū)為負(fù)壓。綜合上述控制要求,并考慮到燃燒過(guò)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(fēng)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(duì)排廢流量和鼓風(fēng)流量進(jìn)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(shí)引入烘爐溫度偏差信號(hào),對(duì)排廢流量設(shè)定值進(jìn)行動(dòng)態(tài)校正,以減少對(duì)爐溫的影響 。

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(lái);在爐子的上部,則發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而形成絕緣漆膜。導(dǎo)線在爐子下部過(guò)分受熱,就會(huì)使溶劑沸騰并造成廢品。導(dǎo)線在爐子上部過(guò)分受熱,漆層就會(huì)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(guò)程都會(huì)迅速變慢。因此,爐膛壁沿高度的溫度場(chǎng)Tc(h)、供爐中傳熱媒質(zhì)沿高度的溫度場(chǎng)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(gè)高度上布設(shè)電熱元件,可以使住24型漆包機(jī)的生產(chǎn)效率提高1.3~1.5倍 。

有文獻(xiàn)指出，通過(guò)用積分微分方程的數(shù)學(xué)模型,可以近似解得立式漆包機(jī)爐膛壁、熱交換媒質(zhì)和爐殼的溫度;據(jù)此確定的漆包機(jī)烘爐的溫度場(chǎng),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(shí)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(lái)強(qiáng)化在涂層中的物理一化學(xué)過(guò)程,以補(bǔ)償導(dǎo)線在爐中滯留時(shí)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(xiǎn)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(xiàn)指出,由于烘爐溫度場(chǎng)的改善而使C-24型漆包機(jī)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(jìn)一步提高C-24和B-30型漆包機(jī)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(jìn)入爐膛。這就等于爐長(zhǎng)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(dāng)導(dǎo)線經(jīng)過(guò)漆包爐爐膛返程運(yùn)動(dòng)時(shí),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(shí)間;導(dǎo)線返程運(yùn)動(dòng)時(shí),導(dǎo)線和傳熱媒質(zhì)的運(yùn)動(dòng)方向相反,使得對(duì)流熱交換強(qiáng)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 。