I. Tło projektu i logika dopasowania wydajności

Niniejsze studium przypadku dotyczy linii produkcyjnej do indukcyjnego nagrzewania stopów aluminium, przetwarzającej pręty ze stopów aluminium A6061 i 5083-H111 o średnicy Ø245 mm i długości 500 mm, każdy o wadze 68,406 kg.

Ścieżka wyprowadzania projektu wydajności jest następująca: przy czasie cyklu 246 sekund na sztukę, podzielenie 3600 sekund przez 246 sekund daje 14,634 sztuk na godzinę; pomnożenie 14,634 sztuk przez wagę pojedynczej sztuki 68,406 kg daje wydajność wyjściową około 1000 kg na godzinę. Ten łańcuch obliczeniowy pokazuje, że czas cyklu jest podstawowym parametrem dla całej konfiguracji mocy linii produkcyjnej, prędkości mechanizmu przenośnika i logiki sortowania – nie wskaźnikiem, który można dowolnie regulować.

Wymagana temperatura nagrzewania wynosi od 480 do 495°C, z dopuszczalnym odchyleniem ±15°C. Zakres temperatur pracy podany w propozycji sprzętu wynosi od 460 do 480°C, co pokazuje niewielkie przesunięcie od zakresu wymagań procesowych kupującego. Ta różnica zazwyczaj wymaga potwierdzenia kalibracji podczas etapu uruchomienia na podstawie rzeczywistego procesu kucia.

II. Konfiguracja systemu zasilania

Zasilanie grzewcze wykorzystuje w pełni cyfrowy zasilacz IGBT, model IGBT300/0.15, o mocy znamionowej 300 kW i częstotliwości nominalnej 0,15 kHz, tj. 150 Hz. Współczynnik mocy systemu przekracza 0,9.

Falownik łączy szybkie tyrystory z modułami IGBT, z napięciem wejściowym 380V i napięciem wyjściowym 1000V. Program sterowania posiada automatyczną regulację napięcia. Urządzenia zabezpieczające obejmują zabezpieczenie nadprądowe, przepięciowe, uziemienia, szybki bezpiecznik, anomalię częstotliwości i anomalię wody chłodzącej.

Cewka indukcyjna wykonana jest z rury miedzianej o czystości nie mniejszej niż 99,9% i grubości ścianki nie mniejszej niż 2,0 mm, z wykorzystaniem rury miedzianej Luoyang Copper T2 beztlenowej ciągnionej na zimno. Po nawinięciu cewka poddawana jest płukaniu kwasem, impregnacji lakierem izolacyjnym w wysokiej temperaturze i wypalaniu w piecu oporowym, aby zapewnić dobrą izolację, z napięciem przebicia (do masy) nie mniejszym niż 5000V. Projektowana żywotność cewki wynosi nie mniej niż 8000 godzin. Wykładzina pieca wykonana jest z rur ze stali nierdzewnej austenitycznej.

III. Wybór częstotliwości i charakterystyka obciążenia

Częstotliwość nominalna tego urządzenia wynosi 150 Hz, co mieści się w zakresie średniej częstotliwości ogrzewania indukcyjnego. W obciążeniu rezonansowym równoległym, po ustaleniu wartości indukcyjności L i kondensatora kompensacyjnego, określana jest również naturalna częstotliwość rezonansowa. W miarę zmiany impedancji obciążenia (induktora), naturalna częstotliwość również dryfuje – częstotliwość jest niższa, gdy piec jest pusty lub lekko obciążony, i wyższa, gdy piec jest w pełni obciążony zimnym materiałem.

Ta charakterystyka obciążenia nakłada wymagania na fazę rozruchu: im bliższa częstotliwość rozruchu do rzeczywistej częstotliwości obciążenia, tym wyższy wskaźnik sukcesu rozruchu. Metoda rozruchu z przemiataniem częstotliwości przyjęta w propozycji wysyła zestaw częstotliwości obejmujących zakres zmienności częstotliwości obciążenia, aby uruchomić urządzenie, niezależnie od zmian obciążenia, tym samym poprawiając niezawodność rozruchu. Urządzenie wykorzystuje automatyczne sterowanie śledzeniem częstotliwości podczas pracy, nie wymagając ręcznej regulacji; przy pracy w różnych pasmach częstotliwości, wystarczy podłączyć odpowiedni bank kondensatorów kompensacyjnych, aby dostosować się do odpowiedniej wartości impedancji.

IV. Parametry systemu wody chłodzącej

Wymagana temperatura wody chłodzącej na wlocie wynosi od 5 do 35°C, temperatura na wylocie poniżej 55°C, a ciśnienie robocze od 0,2 do 0,3 MPa. Natężenie przepływu wody chłodzącej dla sekcji zasilania wynosi 7,5 m³/h, a dla sekcji korpusu pieca 37,5 m³/h, przy całkowitym zapotrzebowaniu na wodę 45 m³/h. Metoda chłodzenia wykorzystuje zamknięty obieg wieży chłodniczej.

Logika układu obiegu wody wewnątrz szafy zasilającej zasługuje na oddzielne wyjaśnienie: wszystkie węże wykonane są z gumy bezwęglowej, a długość ścieżki wodnej między elementami jest utrzymywana na co najmniej 1,5 do 2 metrów, aby uniknąć niestabilności sprzętu spowodowanej wzajemnym zanieczyszczeniem między elementami przez ścieżkę wodną. Czerwone rury są używane do wody powrotnej (gorącej wody), a niebieskie rury do wody dopływającej (zimnej wody), dla szybkiego rozróżnienia kierunku przepływu. Wewnętrzny metalowy zbiornik na wodę wykonany jest ze stali nierdzewnej 304 do scentralizowanego doprowadzania wody. Czujniki temperatury są zainstalowane na wszystkich rurach rozgałęźnych i ponumerowane; gdy temperatura wody jest nienormalna, system sterowania alarmuje i wyświetla numer wadliwej linii wodnej na ekranie dotykowym.

V. Mechanizm przenoszenia i sortowania mechanicznego

Pręty są schludnie układane na platformie magazynowej ręcznie. Mechanizm obracający obraca pręty do koryta podajnika zgodnie z rytmem nagrzewania. Mechanizm podawania to system podawania cylindrycznego, który podaje ze stałą prędkością zgodnie z rytmem.

Koniec rozładunku wyposażony jest w szybki urządzenie rozładunkowe składające się z chłodzonej wodą sześciokątnej rolki wału i łańcucha przenośnika, z wystarczającą siłą, aby zapobiec przewróceniu się materiału, a wytrzymałość konstrukcyjna i odporność na wysokie temperatury spełniają potrzeby różnych specyfikacji materiałowych w tym projekcie.

Mechanizm sortujący ma trójczęściową konstrukcję, która może szybko, dokładnie i terminowo oddzielać materiały o niskiej i wysokiej temperaturze, przenosząc je do odpowiednich pojemników za pomocą zsuwni. Początkowa temperatura kucia odkuwek musi być kontrolowana w zakresie od 480 do 495°C (ustawienie można dostosować do procesu klienta). Odkuwki w tym zakresie temperatur przechodzą do następnego etapu przetwarzania; odkuwki poniżej lub powyżej temperatury kucia są sortowane do różnych pojemników, ze wskaźnikiem sortowania 100%.

VI. Parametry pomiaru i kontroli temperatury

Dedykowany przyrząd do pomiaru temperatury stopów aluminium jest zainstalowany przy wylocie pieca induktora. Otwór jest wykonany z boku pieca w pewnej odległości od wylotu, a dedykowany przyrząd do pomiaru temperatury stopów aluminium jest zainstalowany, aby spełnić wymagania pomiaru temperatury w różnych warunkach pracy. Gdy różnica temperatur przyrządu pomiarowego jest zbyt duża lub temperatura jest nienormalna, uruchamiany jest alarm dźwiękowy i wizualny.

Początkowa temperatura kucia może być wyświetlana w czasie rzeczywistym na interfejsie człowiek-maszyna i dużym ekranie. Pomiar temperatury wykorzystuje termometr na podczerwień, wyposażony w funkcje wyświetlania i przechowywania temperatury (okres przechowywania 180 dni) oraz urządzenia alarmowe górnego i dolnego limitu. Urządzenie do pomiaru temperatury nie jest wrażliwe na zgorzeliny powierzchniowe, kurz, dym ani parę wodną. Dokładność i trwałość urządzenia do pomiaru temperatury są gwarantowane przez 12 miesięcy.

VII. Sterowanie elektryczne i interfejs człowiek-maszyna

Szafa sterownicza przyjmuje zintegrowaną skrzynkę sterowniczą elektromechaniczną, wykonaną z płyty o wysokiej wytrzymałości z powłoką proszkową zapobiegającą utlenianiu. Zewnętrzna szafa sterownicza jest wykonana zgodnie z poziomem ochrony nie mniejszym niż IP54. Główne niskonapięciowe komponenty elektryczne w szafie są marki Schneider Electric, wyłączniki są marki Chint, kable są wysokiej jakości kablami z rdzeniem miedzianym, a linie sygnałowe są kablami ekranowanymi.

Sterownik PLC to jednostka serii Siemens S7 z modułem interfejsu komunikacyjnego Profinet, a projekt programu zawiera system informacji o błędach i autodiagnostyki.

Interfejs człowiek-maszyna przyjmuje 15-calowy kolorowy ekran dotykowy (TPC1571) firmy Beijing Kunlun Tongtai. Ustawienia związane z programem można wprowadzać za pomocą klawiatury dotykowej, a zweryfikowane i zapisane parametry produktu (możliwość ładowania i odczytu ponad 50 rodzajów parametrów procesu) można w dowolnym momencie zapytać i wydrukować. Czas cyklu (bezpośrednio wprowadzany czas) i długość materiału można ustawić na tym ekranie, a ekran może automatycznie rejestrować ilość materiału o niskiej temperaturze, materiału kwalifikowanego i materiału o wysokiej temperaturze.

Obsługa jest podzielona na dwa tryby: automatyczny i ręczny, przełączane za pomocą przełącznika selektorowego dwupozycyjnego. W trybie automatycznym całe urządzenie można uruchamiać i zatrzymywać za pomocą przycisków start i stop; w trybie ręcznym różne funkcje można uruchamiać indywidualnie za pomocą przycisków, a wszystkie operacje są wykonywane na ekranie dotykowym.

Inteligentna funkcja identyfikacji błędów wyświetla treść błędu i podaje odpowiednie rozwiązania w przypadku błędnej obsługi lub alarmów specjalnych warunków pracy, umożliwiając operatorom szybkie rozwiązanie ponad 90% typowych błędów. Szafa zasilająca średniej częstotliwości jest wyposażona w panel diagnostyki błędów. W przypadku wystąpienia błędów systemowych, takich jak przepięcie, nadprąd, brak wody lub awaria bezpiecznika, maszyna jest natychmiast zatrzymywana, a główny wyłącznik zasilania jest automatycznie rozłączany.

VIII. Specjalne tryby pracy dla przedsiębiorstw zajmujących się kłuciem

Początkowy tryb pracy: Gdy rozpoczyna się każda zmiana, system ogrzewania indukcyjnego właśnie został uruchomiony, a temperatura w piecu induktora jest temperaturą początkową. Aby zmniejszyć powstawanie materiału o niskiej temperaturze, ten tryb zwiększa lub utrzymuje moc odpowiednio w rytmie lub prędkości, gdy podgrzewany materiał jest podawany w rytmie lub prędkości, zapewniając, że każdy pręt osiągnie temperaturę kucia.

Tryb menu: Kiedy użytkownik ponownie podgrzewa kęs, wystarczy wprowadzić numer zamówienia w menu, a system ogrzewania indukcyjnego automatycznie działa zgodnie z danymi grzewczymi w menu bez ręcznej regulacji, zapewniając spójność jakości ogrzewania produktu.

Tryb czyszczenia pieca: Kiedy wymagane jest czyszczenie pieca po zakończeniu pracy, wystarczy aktywować tryb czyszczenia pieca, a mechanizm podawania popchnie pusty materiał pozorny do komory pieca zgodnie z ustawionym rytmem, z mocą stopniowo malejącą, maksymalizując oszczędność energii podczas procesu czyszczenia pieca.