高温持久拉力试验机管式加热炉的改造

　　1 现状

　　铝镁加工行业除了关注型材的外观及组织结构之外，对材料的性能指标也非常重视，因此经常需要用到高温持久拉力试验机。东轻公司主要生产铝镁合金的板、管、棒等型材产品，由于产品用于航空航天等安全要求非常高的场合，因而对产品质量的要求和检验非常严格，特别是对于产品试样的高温持久试验更是如此。原有1 台高温持久拉力试验机，使用的0. 5 级电子电位差计和Ⅱ级K 型热电偶进行位式调节控温; 虽然在当时很先进，但随着电子技术的发展，现在看来技术已经落后，加上现在对检验的要求比以前高得多，原设备已经不能满足生产需要。笔者充分发挥在计算机应用方面的专业优势和过程控制仪表应用方面的经验，选用智能仪表及上位机专用软件，配以个人计算机，对原设备进行了改造，收到了很好的效果。

　　2 原设备状况

　　设备由机械部分、加热电炉、温控系统3 部分组成。机械部分实现对加热炉的支撑、移动及试样的夹持、拉伸等功能; 管式加热电炉实现对试样进行加热，将管式加热炉做密封保温处理; 温控系统按照工艺要求实现加热炉上下半区的温度控制。整个实验过程都由人工操作和记录。

　　目前对高温持久实验的要求是: ①温度控制要求准确可靠; ②严格按照工艺要求的升温曲线升降温; ③整个过程要求留有记录，以备客户查阅; ④温度误差不超过0. 5%。温度控制的准确程度主要与温控仪表的性能有关，原来简单的位式控制误差太大( 达3%以上) ，显然无法满足要求。按照升温曲线升降温，靠人工控制时间虽然可以实现，但难以保证实验的准确性和真实性。至于记录，以往只是试验员根据表格手工记录，费力费时不说，还难脱作假的嫌疑，因为高温持久试验往往需要几十甚至几百小时的连续作业，无论对设备能耗还是对操作者的耐性都是个考验。

　　3 改造过程

　　根据原有设备的性能以及新的要求，经过考察论证，认为采用岛电SRS13 智能调节器和上位机，完全可以实现上述工艺要求。加热炉控制系统如图1 所示，控制对象为管式检定炉，控温一次元件选用K 型Ⅰ级Φ0. 5 mm 热电偶，PID 调节器采用具有RS485 通信功能的SRS13 智能仪表，执行器为SSR固态继电器。

　　该炉温控制是一个闭环负反馈系统，其调节过程为: 炉温信号由热电偶输出送SRS13 智能仪表输入端，在智能仪表里通过信号放大、采样保持、A/D转换、数据处理及线性化校正，再比较实际炉温和设定炉温得到偏差，按照偏差的比例、积分和微分产生控制作用( PID 控制) ，去控制SSR 固态继电器来控制加热电炉丝的导通时间，就可以控制电炉丝的加热功率大小，使其逐渐趋于给定值且达到平衡，从而实现对炉温的控制。升温曲线如图2 所示。该控温系统最大的优点是升温过程中基本无过冲现象，过渡时间短。另外，SRS13 具有程控功能( 可以设定多至200 段的程序控制曲线) ，完全可以满足不同实验工艺要求的升降温曲线。SRS13 可以与上位机通信，这样上位机就可以对整个生产过程进行实时监控，还可以将整个过程的所有数据和曲线以历史记录的形式保存在电脑硬盘，可以随时打印输出。上位机最好采用工控机，但考虑到价格问题，也可以采用普通的个人计算机，配以RS485 /232 转换模块，以便智能仪表与个人计算机进行通信。出于方便和经济的原因，利用现有计算机，重新安装操作系统及DCS 应用软件，为了实现通信，需要对每块仪表进行编址，编址是在系统连接无误后在仪表的面板上进行。正确编址后，就可实现仪表与计算机的通信。根据工艺要求，通过上位机编制温控程序，由于使用了DCS 专用软件，此过程非常直观方便，只要稍加培训，操作人员就可以胜任。系统连接见图3。