1、高頻感應(yīng)加熱與分揀技術(shù)摘要 進入21世紀(jì)，隨著高新科技的日新月異和工業(yè)發(fā)展的自動化趨勢下，工業(yè)上對金屬材料的加熱上有了新的要求，高頻感應(yīng)加熱技術(shù)也有了更進一步的發(fā)展前景，目前高頻加熱技術(shù)具有對金屬材料加熱速度最快，效率最高，損耗最低的優(yōu)勢，高頻加熱技術(shù)已經(jīng)是金屬加工行業(yè)使用最廣泛的設(shè)備。高頻感應(yīng)加熱之所以越來越來受到各大金屬加工行業(yè)的青睞，最主要的還是因為它更利于未來的自動化控制，目前很多傳統(tǒng)的工件加熱技術(shù)已經(jīng)完全不能滿足當(dāng)代的自動化控制的要求，現(xiàn)在的工廠大部分都采用基于組態(tài)等相關(guān)軟件的自動化過程控制，比如傳統(tǒng)的金屬加熱領(lǐng)域一般采用普通煤炭或天然氣加熱，這種加熱方式最大的問題是加熱速度慢，污染

2、嚴重，而且溫度不能精確的得到控制，對產(chǎn)品的合格率也會收到比較大的影響。而且這種方式一般成本都很高，所以經(jīng)濟效益不高，慢慢都會被淘汰。高頻感應(yīng)加熱采用的是高頻電流通過感應(yīng)線圈從而產(chǎn)生電磁感應(yīng)效應(yīng)，對金屬工件本身產(chǎn)生感應(yīng)電流，它的加熱方式不是普通的鍋爐導(dǎo)熱原理，能量損耗更小，因為它是金屬工件本身產(chǎn)熱，不需要外部導(dǎo)熱。在控制方面也非常智能，只需要控制電流的頻率和大小就可以精確的控制溫度，發(fā)熱時間很短，甚至幾秒就能達到1200多度的高溫，這是傳統(tǒng)方式加熱所不能比擬的。本次設(shè)計主要是針對高頻加熱的自動化控制做了研究，利用組態(tài)王軟件來實現(xiàn)相關(guān)變量的控制和監(jiān)控，采用不同工件對溫度的要求不同而實現(xiàn)高頻加熱與分

3、揀的完美結(jié)合，再這個領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)更進一步的完善。關(guān)鍵詞：高頻感應(yīng)加熱；電磁感應(yīng)；組態(tài)王；自動化ABSTRACT Into the 21st century, along with the high and new science and technology progress and industrial development trend of automation, industrial heating of metal materials with the new requirements, high frequency induction heating technology has fu

4、rther prospects for development, the high frequency heating technology for metal material heat the fastest, most efficient, loss minimum, the advantages of high frequency heating technology has been the most widely used in metal processing industry is the equipment. High frequency induction heating

5、is more and more get the favour of the metal processing industry, the main or because it is in favor of the automatic control of the future, at present many traditional workpiece heating technology has been completely unable to meet the requirements of modern automation control, now the factory are

6、mostly based on configuration software related to the automation of process control, such as the traditional metal heating areas generally USES ordinary coal or natural gas heating, the heating mode the biggest problem is that the heating speed is slow, pollution is serious, and the temperature cann

7、ot be precisely controlled, for the product percent of pass will also receive a larger impact. And this way the general cost is very high, so economic efficiency is not high, slowly will be eliminated. High frequency induction heating USES a high frequency current through the induction coil to gener

8、ate electromagnetic induction effect, for metal artifacts themselves produce induced current, its heating mode is not ordinary boiler heat conduction principle, less energy loss, because it is a metal workpiece itself generate heat, does not need external thermal conductivity. In the aspect of contr

9、ol is also very smart, just need to control current of frequency and size can accurately control temperature, heating time is short, even a few seconds can achieve 1200 - degree heat, this is a traditional way cant be matched by heating. This design is mainly aimed at the high frequency heating auto

10、matic control to do the research, by using kingview software to implement the relevant variables control and monitoring of different workpiece temperature on different requirements and achieve the perfect combination of high frequency heating and sorting, then this field to further improve.Keywords:

11、High Frequency Heating;Electromagnetic induction;kingview;automation第1章 緒論1.1 選題目的和意義 工業(yè)加熱幾乎是每個工廠在生產(chǎn)過程中必不可少的一個工藝，目前大部分國內(nèi)廠家對于工業(yè)上加熱方式，包括工件的熱處理，工件鍛造方面都采用天然氣傳統(tǒng)加熱方式，而這種方式帶來的最大問題就是環(huán)境污染，因為天然氣是屬于不可再生資源，燃燒后產(chǎn)生大量的有毒氣體，對環(huán)境產(chǎn)生非常嚴重的污染。其次傳統(tǒng)的天然氣加熱是首先把鍋爐加熱達到一定溫度之后，然后才是通過鍋爐的溫度傳導(dǎo)給加工元器件，這過程中會有熱量損耗，其實是非常浪費資源的。并且這種方式的加熱溫度

12、很難得到精確的控制，因為它的加熱過程較長，用時較大，穩(wěn)定性不高，所以溫度控制上是一個難題。針對以上這些問題，本課題研究了目前比較先進的高頻感應(yīng)加熱技術(shù)，這也是隨著工業(yè)自動化發(fā)展中必然的產(chǎn)物。高頻感應(yīng)加熱技術(shù)可以很好的解決上述問題。它是利用電磁感應(yīng)原理對工件本身內(nèi)部加熱，舍去了傳統(tǒng)的天然氣作為燃料的不利因素，并且在加熱過程中完全是通過可控的電流來控制其溫度和時間。本課題還重點研究了高頻加熱與分揀技術(shù)的結(jié)合，在對工業(yè)制品進行加熱處理的同時可實現(xiàn)對多種產(chǎn)品的同時加熱處理，并且全部由組態(tài)王軟件實現(xiàn)自動化控制。相比普通的加熱工藝具有不可取代的意義。通過對這種新型加熱技術(shù)的不斷完善，不僅給企業(yè)帶來可觀的經(jīng)

13、濟效益，同時還很好的解決工業(yè)對環(huán)境污染的問題，所以高頻感應(yīng)加熱技術(shù)對于每個企業(yè)都有很高的價值和意義。1.2 選題的理論依據(jù)付尾款后顯示付尾款后顯示付尾款后顯示付尾款后顯示1.3 現(xiàn)狀分析我國在感應(yīng)加熱技術(shù)方面起步較早，早在20世紀(jì)50年代就開始初步應(yīng)用于國內(nèi)的各行各業(yè)，包括機床制造，汽車，紡織機制造等工業(yè)部門都有應(yīng)用。但是這些高頻加熱設(shè)備幾乎全部來自國外進口，國內(nèi)還沒有完善的技術(shù)，大部分來自蘇聯(lián)，捷克，比利時這些發(fā)達國家，技術(shù)完全被壟斷。在50年代末期，中國開始自己制造生產(chǎn)高頻加熱設(shè)備，先后制造了電子管式高頻電源，機械式高頻發(fā)電機等設(shè)備。60年代后期，國內(nèi)開始制造了晶閘管等更先進的高頻電源來取

14、代之前的電子管設(shè)備，但是技術(shù)上還是比較落后于發(fā)達國家。改革開放之后，中國開始重點研究高頻加熱技術(shù)，通過不斷引進國外先進設(shè)備和技術(shù)，工業(yè)發(fā)達國家的現(xiàn)代化高頻加熱技術(shù)逐步的進入到國內(nèi)工業(yè)部門。第二章 高頻加熱系統(tǒng)分析2.1 高頻電源分析根據(jù)麥克斯韋電磁感應(yīng)定律，我們知道需要產(chǎn)生高頻振蕩磁場必須有高頻電場，然后高頻電場的產(chǎn)生必須由高頻電流驅(qū)動，所以設(shè)計高頻加熱設(shè)備最主要的就是設(shè)計一個高頻電源，結(jié)合相關(guān)知識和經(jīng)濟角度考慮，本設(shè)計采用IGBT為主要器件設(shè)計的逆變器作為高頻電流產(chǎn)生的依據(jù)，設(shè)計一個合理的逆變器可以有效的提高電流頻率，從而達到高頻加熱所需要的必要條件。2.2設(shè)計內(nèi)容分析 高頻感應(yīng)設(shè)備于分揀技

15、術(shù)分設(shè)計最終體現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)的高效率與高的自動化控制上，所以根據(jù)國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀以及各種參考文獻，本次設(shè)計采用以IGBT為主要元件的高頻電源以及組態(tài)王作為自動化控制的基礎(chǔ)。根據(jù)設(shè)計要求，本次設(shè)計需要實現(xiàn)高頻感應(yīng)加熱和自動分揀技術(shù)的結(jié)合，所以本設(shè)計采用自動控制供電設(shè)備頻率，以不同的頻率去精確控制高頻加熱爐的溫度，同時高頻爐架設(shè)了自動分揀裝置，不同溫度要求的金屬工件可以實現(xiàn)相應(yīng)的溫度控制，同時加熱完畢自動分配到不同的容器中?？刂平缑娌捎媒M態(tài)王制作人機交互界面，實現(xiàn)電腦自動化控制。2.3 需求分析確定了課題實施的可行性后就可以根據(jù)實際工業(yè)生產(chǎn)來分析本次設(shè)計的需求。2.3.1 功能需求付尾款后顯示付尾款

16、后顯示付尾款后顯示付尾款后顯示第3章 ：高頻感應(yīng)加熱設(shè)備的總體設(shè)計3.1.1高頻電源的選用及介紹 高頻感應(yīng)加熱設(shè)備最重要的就是選擇合適的電源，電源的設(shè)計也一直是整個行業(yè)一直研究的重點。我們知道，能產(chǎn)生高頻電流的設(shè)備很多，有以電子管為主要元件的高頻電源，和機械式發(fā)電機，以及以晶閘管為主要元件的中高頻逆變器，還有以IGBT為元器件的高頻電源。選擇合適的電源首先要根據(jù)不同的設(shè)備需求來選擇，本次設(shè)計的高頻感應(yīng)加熱裝置最大的需求就是可控性強的高頻電源，還有就是考慮到工廠經(jīng)濟效益，選擇功率因素較高，能源損耗較少，并且設(shè)備成本較低的高頻電源，綜上所述，根據(jù)查閱資料和調(diào)查，選擇以IGBT為主要元件的15KW高

17、頻加熱電源，它采用IGBT固態(tài)逆變技術(shù)，高效節(jié)能，輸出功率大，100%負績率設(shè)計，可連續(xù)24小時工作，采用了諧振變頻技術(shù)使設(shè)備整機效率95%。3.1.2高頻加熱爐的選用及介紹 高頻感應(yīng)加熱爐的原理就是在爐體內(nèi)布置一個感應(yīng)線圈，高頻振蕩電流通過該線圈會在爐體產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象，從而在待加熱金屬器件表面迅速產(chǎn)生強大的感應(yīng)電流，金屬表面會出現(xiàn)集膚效應(yīng)形成高溫?；旧纤械母袘?yīng)加熱設(shè)備都是這個原理，但是選用合適的設(shè)備可以提高生產(chǎn)效益，同時產(chǎn)生較好的經(jīng)濟效益。高頻加熱爐采用感應(yīng)加熱工藝，感應(yīng)加熱是將工件直接加熱。傳統(tǒng)的感應(yīng)加熱設(shè)備應(yīng)用的電力電子器件是電子管和快速晶閘管。電子管電壓高，穩(wěn)定性差，輻射強，效率

18、低，已經(jīng)到了淘汰的邊緣，但它頻率高，功率大，所以在市場上仍有一席之地?？焖倬чl管是目前應(yīng)用的主力軍，它耐壓高，電流大，抗過流、過壓能力較強。但它只能工作在10000Hz以下，這使其使用范圍受到了限制。高頻加熱爐采用IGBT為主器件，IGBT是一種復(fù)合功率器件，它集雙極型功率晶體管和功率MOSFET的優(yōu)點于一體，具有電壓型控制，輸入阻抗大、驅(qū)動功率小，控制電路簡單，開關(guān)損耗小，通斷速度快，工作頻率較高，元件容量大。它不僅達到了晶閘管不能達到的頻率（60kHz以上），而且正在逐步取代快速晶閘管。國外1kHz80kHz的感應(yīng)加熱已廣泛應(yīng)用IGBT，這是感應(yīng)加熱電源的發(fā)展方向。結(jié)合本設(shè)備的工作場景以及

19、加熱對象，選用大概10-20kw的高頻感應(yīng)加熱爐，通過查閱相關(guān)資料選擇了GP-15A型高頻加熱爐，它的最大功率是15kw，和前面選擇的高頻電源想對應(yīng)，工作輸出電流200-600A。具有加熱-保溫-冷卻三段時間設(shè)定功能，加熱保溫功率單獨調(diào)節(jié)，可獲得所需的加熱保溫過程。適應(yīng)批量化、重復(fù)性的加熱場所。3.1.3人機界面軟件的選擇和簡介 付尾款后顯示付尾款后顯示付尾款后顯示付尾款后顯示3.2系統(tǒng)的功能和結(jié)構(gòu) 本系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)是快速可控加熱以及自動分揀技術(shù)兩大模塊。所以系統(tǒng)的設(shè)計分兩個部分來完成。首先是加熱功能的實現(xiàn)，通過高頻加熱爐的設(shè)計可實現(xiàn)對金屬工件的快速可控性加熱。然后是通過控制溫度來實現(xiàn)對不同溫

20、度需求的工件進行分別加工。高頻感應(yīng)加熱溫度控制原理圖：付尾款后顯示付尾款后顯示付尾款后顯示付尾款后顯示圖3-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理付尾款后顯示付尾款后顯示付尾款后顯示付尾款后顯示圖3-2 控制流程第4章 設(shè)備的選擇4.1傳感器的選擇 整個設(shè)計中需要檢測的模擬量主要有溫度的采集，所以必不可少的需要一個溫度傳感器，溫度傳感器的功能是把采集到的溫度轉(zhuǎn)換成可傳輸?shù)碾娏骰螂妷海ㄟ^檢測電流或電壓的大小來計算出溫度值。結(jié)合本設(shè)計的溫度需求和工作環(huán)境，本次設(shè)計采用JCJ100ZB螺紋固定溫度傳感器，它是一個電流型的傳感器，把檢測的溫度信息轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的4-20mA電流。其主要參數(shù)有：檢測量程：0-1400攝氏度,輸

21、出信號：4-20mA公稱壓力：耐壓，最大設(shè)計為10MPa。特點是成本低廉，線性度高，抗壓能力強。而且它最高可檢測1400攝氏度的高溫，完全滿足本設(shè)計的需求。付尾款后顯示付尾款后顯示付尾款后顯示付尾款后顯示4.2智能模塊的選擇 需要把設(shè)備于人機界面相連接必須還需要一個變送器，這里采用智能模塊作為首選，智能模塊相對于其他PLC等其他設(shè)備具有更多的優(yōu)勢，連接簡單，設(shè)置方便，而且它不需要編程，只需要連接它的輸入輸出接口即可，本設(shè)計輸入輸出接口主要是兩個模塊，一個是模擬量的輸入，一個是模擬量的輸出。結(jié)合本系統(tǒng)實際狀況以及成本的考慮，本設(shè)計選用了亞當(dāng)ADAM4017和ADAM4024兩個設(shè)備。ADAM40

22、17是一個具有8路模擬量6路差分,兩路輸入的模塊，成本價在1500左右，選擇它用于溫度信息的采集，溫度傳感器采集到的溫度信息通過4-20AM模擬量電流傳送給它，它在把這個信息傳輸?shù)饺藱C界面顯示出來。ADAM4024 具有4路模擬量輸出模塊，單通道m(xù)A 或V輸出，可編程輸出斜率：0.125 - 128.0 mA/秒， 0.0625 - 64 V/秒。選擇它用于對溫度的控制，主要是控制變頻器的電流頻率調(diào)節(jié)加熱爐的溫度。4.3感應(yīng)加熱設(shè)備電源的選擇 付尾款后顯示付尾款后顯示付尾款后顯示付尾款后顯示控制技術(shù)，運行穩(wěn)定，高效節(jié)能，輸出功率大，可靠性強。它還具備恒定電流和恒定功率控制功能，極大地優(yōu)化了金屬

23、的加熱過程，實現(xiàn)高效快速的加熱；具有百分之百的滿負載設(shè)計，可連續(xù)24小時不間斷工作。實現(xiàn)溫度的自動控制，提高加熱質(zhì)量，簡化工人操作?？勺詣诱{(diào)節(jié)加熱、保溫過程的功率和時間，有利于提高加熱的質(zhì)量和加熱的重復(fù)性，簡化了工人的操作，安裝簡單，取代瓦斯等各類危險氣體加熱，無明火產(chǎn)生，操作安全；4.4電動機的選擇 在加熱分揀工藝的過程中需要用到大功率電機，它的主要作用是控制加熱工件分放到指定容器的驅(qū)動設(shè)備。為了滿足分揀工作的正常進行，必須要選擇一個足夠功率的電機，同時也要考慮功率損耗的問題，為了節(jié)約成本，最好選擇利用率較高的設(shè)備。結(jié)合本設(shè)計所需要的功率采用YBJ系列三相異步電動機。該型號電動機能滿足系統(tǒng)需

24、求，而且工作電壓電流也符合系統(tǒng)需求，它額定功率是12kw，功率較大，而且損耗比較低，節(jié)能省錢。該型號電機主要參數(shù)如下：1.額定電壓：380V、660V、380660V、6601140V2.額定頻率：50Hz3.防護等級：IP554.冷卻方式：IC4115.工作制：S16.絕緣等級：F7.安裝形式：IMB3、IMB5、IMB35、IMB9001第5章 人機界面的設(shè)計5.1人機界面以及組態(tài)軟件的介紹隨著工業(yè)自動化水平的迅速提高，計算機在工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，人們對工業(yè)自動化的要求越來越高，種類繁多的控制設(shè)備和過程監(jiān)控裝置在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，使得傳統(tǒng)的工業(yè)控制軟件已無法滿足用戶的各種需求。在開發(fā)傳統(tǒng)的工

25、業(yè)控制軟件時，當(dāng)工業(yè)被控對象一旦有變動，就必須修改其控制系統(tǒng)的源程序，導(dǎo)致其開發(fā)周期長；已開發(fā)成功的工控軟件又由于每個控制項目的不同而使其重復(fù)使用率很低，導(dǎo)致它的價格非常昂貴；在修改工控軟件的源程序時，倘若原來的編程人員因工作變動而離去時，則必須同其他人員或新手進行源程序的修改，因而更是相當(dāng)困難。通用工業(yè)自動化人機界面的出現(xiàn)為解決上述實際工程問題提供了一種嶄新的方法，因為它能夠很好地解決傳統(tǒng)工業(yè)控制軟件存在的種種問題，使用戶能根據(jù)自己的控制對象和控制目的的任意組態(tài)，完成最終的自動化控制工程。人機界面是用戶與計算機交互界面，通過人機界面操作員可以通過電腦遠程操控各種電氣設(shè)備，不僅操作方便，工作方式單一，而且有效的與設(shè)備隔離，安全性也提高了很多，所以設(shè)計人機界面對于操控高溫高壓設(shè)備有著不可取代的作用。一個好的人機界面首先要具備幾個條件，第一是有一個友好的界面，用戶看著舒服，能一眼看懂每個參數(shù)是什么意思。第二是可操作性強，需要可以控制每個變量，有效的對設(shè)備進行遠程控制。第三，簡單易懂，操作員能夠快速掌握它的使用方法，能上手快，操作靈活，對操作員文化程度要求不高。第四是兼容性強，在設(shè)備更換或升級的時候能有效的兼容，這樣可以避免設(shè)備升級后不能用的問題，能有效節(jié)省成本和時間。針對上述要求，參考多種相關(guān)資料，最后選擇了亞控科技推出的組態(tài)王軟件作