摘要：氣體溫度處理中氣體流量計(jì)在長(zhǎng)時(shí)間使用后，可能會(huì)出現(xiàn)電流異常波動(dòng)問題，如果沒有及時(shí)對(duì)其進(jìn)行正確處理，將對(duì)流量計(jì)及被處理工件造成影響，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)苯訐p害流量計(jì)或工件。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)要求越來越高的情況下，避免電流異常波動(dòng)所造成的損害，是保障氣體溫度處理工藝安全、穩(wěn)定與高效的重要途徑。文章簡(jiǎn)單介紹氣體溫度處理中氣體流量計(jì)及其電流異常波動(dòng)問題，并就相應(yīng)處理方法展開探討。
氣體溫度處理工藝具有不氧化、不脫碳、變形小、脫脂、脫氣作用明顯等優(yōu)勢(shì)，逐漸成為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的重要工藝，氣體溫度處理中流量計(jì)也得以廣泛應(yīng)用。隨著現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)對(duì)氣體溫度處理中氣體流量計(jì)提出了更高要求，而電流異常波動(dòng)問題則對(duì)該流量計(jì)的安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行造成了嚴(yán)重影響。因此在近年來，如何處理該流量計(jì)電流異常波動(dòng)問題，已經(jīng)成為廣受關(guān)注和重點(diǎn)研究的問題。
1氣體溫度處理中氣體流量計(jì)及其電流異常波動(dòng)問題
1.1氣體溫度處理中流量計(jì)概述
氣體溫度處理技術(shù)是真空技術(shù)與熱處理技術(shù)相結(jié)合的綜合技術(shù)，即全部或部分熱處理工藝在真空狀態(tài)下進(jìn)行。而氣體溫度處理中流量計(jì)，則是合理應(yīng)用該技術(shù)的工藝流量計(jì)，好常見的氣體流量計(jì)為氣體溫度處理爐。通常而言，該流量計(jì)具有熱效率高，可實(shí)現(xiàn)無氧化、無脫碳、無滲碳，可去掉工件表面磷屑，可脫氧除氣等作用，故而在現(xiàn)代工業(yè)中得以廣泛應(yīng)用。氣體溫度處理爐的真空系統(tǒng)由真空容器、真空泵、真空閥、連接件及真空測(cè)量?jī)x表等所組成，能夠構(gòu)成嚴(yán)格的真空密封環(huán)境。與此同時(shí)，該流量計(jì)還具有水冷裝置，用于保護(hù)個(gè)部件結(jié)構(gòu)不變形、不損壞，同時(shí)防止真空密封圈過熱甚至燒毀，進(jìn)而保障流量計(jì)的長(zhǎng)期、正常運(yùn)行。另外，該流量計(jì)通常還采用低電壓大電流，具有較高的自動(dòng)化程度，能夠自動(dòng)、精確完成工件加工與處理。
1.2氣體溫度處理中氣體流量計(jì)電流異常波動(dòng)問題
當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)對(duì)氣體溫度處理中流量計(jì)提出了較高要求，其中好顯著的一點(diǎn)就在于自動(dòng)化程度要求。這是因?yàn)闅怏w溫度處理工藝的環(huán)境不適合人員長(zhǎng)期工作甚至接近，同時(shí)部分工藝技術(shù)對(duì)操作精準(zhǔn)度、及時(shí)度、復(fù)雜度要求較高，人工操作較易出現(xiàn)失誤。而真空環(huán)境很容易在加熱過程中出現(xiàn)起弧、放電等現(xiàn)象，嚴(yán)重威脅流量計(jì)運(yùn)行安全與質(zhì)量，故而該氣體流量計(jì)需要應(yīng)用低電壓大電流的形式進(jìn)行加熱，避免電壓過高。不可否認(rèn)，高度信息化與低電壓的特性能夠在一定程度上提升氣體溫度處理中流量計(jì)的安全性，但該流量計(jì)在運(yùn)行時(shí)依舊還有著一定問題，電流異常波動(dòng)就是其中典型。
在工業(yè)生產(chǎn)中，氣體溫度處理中流量計(jì)需要長(zhǎng)期處于運(yùn)行狀態(tài)，加熱器連接位置可能會(huì)因長(zhǎng)期受熱而出現(xiàn)變形、厚度減小、對(duì)地短路等現(xiàn)象。在這些現(xiàn)象出現(xiàn)后，連接位置容易虛接，同樣會(huì)出現(xiàn)起弧、放電現(xiàn)象，并引發(fā)電流異常波動(dòng)問題。在電流出現(xiàn)異常波動(dòng)后，很容易導(dǎo)致局部電流過大，溫度過大，并將加熱器連接位置給熔斷，導(dǎo)致熱處理流量計(jì)受到損壞，同時(shí)加工工件也會(huì)受到影響甚至損壞。而氣體溫度處理中氣體流量計(jì)加熱系統(tǒng)缺乏相應(yīng)報(bào)警功能，無法在電流異常波動(dòng)后及時(shí)進(jìn)行報(bào)警，導(dǎo)致工作人員不能地衣時(shí)間采取合理措施加以應(yīng)對(duì)，直到加熱器連接位置熔斷后發(fā)現(xiàn)問題，但已經(jīng)造成了難以挽回的損失。因此，實(shí)現(xiàn)加熱器保護(hù)系統(tǒng)加熱功能，并對(duì)電流異常波動(dòng)現(xiàn)象進(jìn)行及時(shí)處理，是保障氣體溫度處理安全與質(zhì)量的有效途徑。
2氣體溫度處理中氣體流量計(jì)電流異常波動(dòng)處理方法
2.1機(jī)械設(shè)計(jì)
應(yīng)對(duì)氣體溫度處理中流量計(jì)電流異常波動(dòng)，需要對(duì)其波動(dòng)進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)和警報(bào)，即判斷流量計(jì)是否存在電流異常波動(dòng)問題。在此基礎(chǔ)之上，還需要設(shè)計(jì)一定的自動(dòng)處理機(jī)制，在自動(dòng)保護(hù)流量計(jì)的同時(shí)，也能在一定程度上避免人員處理不及時(shí)所導(dǎo)致的嚴(yán)重后果。從設(shè)計(jì)的角度來看，要判斷氣體溫度處理中流量計(jì)是否存在電流異常波動(dòng)，需要根據(jù)氣體流量計(jì)實(shí)際運(yùn)行狀況的電流變化情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。就當(dāng)前來看，我國(guó)主流氣體溫度處理中流量計(jì)均配備有能夠?qū)崿F(xiàn)PID調(diào)解的智能儀表，不但能夠連續(xù)、穩(wěn)定地進(jìn)行溫度控制，并且升溫及降溫速度極快，并具備抑制超調(diào)、欠調(diào)等優(yōu)點(diǎn)。流量計(jì)連續(xù)控溫是基于連續(xù)可調(diào)功率輸出而實(shí)現(xiàn)的，故而可以利用其該特性，接入PLC模塊，把加熱所用電流信號(hào)變換成標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)，實(shí)現(xiàn)AD轉(zhuǎn)換。然后，可以根據(jù)流量計(jì)實(shí)際情況，合理選擇采樣點(diǎn)，確定相應(yīng)周期，并通過連續(xù)對(duì)比的方式進(jìn)行檢測(cè)。所謂連續(xù)對(duì)比，也就是把某采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)和前一個(gè)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，并根據(jù)對(duì)比結(jié)果判斷加熱器是否存在電流異常波動(dòng)問題。對(duì)此，需要根據(jù)流量計(jì)實(shí)際狀況，設(shè)置相應(yīng)的差值允許范圍，如果對(duì)比結(jié)果在該范圍之內(nèi)，則表明加熱器處于正常運(yùn)行狀態(tài)；而對(duì)比結(jié)果超過該范圍，則意味著加熱器運(yùn)行異常，存在電流異常波動(dòng)問題。并且在該情況下，流量計(jì)會(huì)進(jìn)行報(bào)警，技術(shù)人員則可以根據(jù)氣體流量計(jì)運(yùn)行狀態(tài)，采取自動(dòng)切斷或人為干預(yù)的方式。
在實(shí)際操作時(shí)，文章采取方式為先加設(shè)電流變送器，并依照相應(yīng)選型手冊(cè)規(guī)范，選取宇波模塊CHYXXXXAY2/V0電流變送器，把氣體溫度處理中流量計(jì)中的0-XXXXA電流轉(zhuǎn)換成電壓為0～5V的標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)。在此基礎(chǔ)之上，再接入PLC模塊實(shí)現(xiàn)AD轉(zhuǎn)換。結(jié)合所用氣體溫度處理中流量計(jì)實(shí)際情況，文章選擇OMRON公司生產(chǎn)的CP1HXA40DR-A型PLC，通過控制器該自帶的4通道實(shí)現(xiàn)AD轉(zhuǎn)換，地址分為別200，201，202和203。好后，依照該公司提供的CP1H操作手冊(cè)，直接在控制器中設(shè)置相應(yīng)轉(zhuǎn)換參數(shù)即可。
2.2程序設(shè)計(jì)
由于文章所選用的CP1HXA40DR-A型PLC具有4通道，在此僅以其中的200點(diǎn)對(duì)其程序設(shè)計(jì)進(jìn)行探討。*先，確定采樣周期為0.2s，并將控制器200點(diǎn)頻道接受到的信號(hào)，傳輸給準(zhǔn)備好的數(shù)據(jù)寄存器的D1000與D1001，如圖1所示。當(dāng)周期數(shù)為1時(shí)，控制器信號(hào)會(huì)被傳輸?shù)郊拇嫫鞯腄1000；而在周期數(shù)為0時(shí)，控制器信號(hào)則會(huì)被傳輸?shù)郊拇嫫鱀1001。將寄存器中的信號(hào)利用二進(jìn)制到BCD碼，可以被分別轉(zhuǎn)換到寄存器D101與D102之中。此時(shí)，只需要將該兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，就能判斷內(nèi)部寄存器情況。其中，當(dāng)D101數(shù)據(jù)的值大于D102數(shù)據(jù)的值時(shí)，內(nèi)部寄存器10.00數(shù)值為0，而10.01數(shù)值為1。反之則結(jié)果亦相反。不管是10.00還是10.01的值為1，都可以通過利用大值減去小值的方式，計(jì)算得到D100的數(shù)值。在得到該值后，只需將其與預(yù)先設(shè)定好的值進(jìn)行比較，即可完成氣體流量計(jì)電流異常檢測(cè)。如果D100的值較設(shè)定值更大，那么就會(huì)觸發(fā)可編程控制器輸出點(diǎn)（100.00）并進(jìn)行報(bào)警。

需要注意的是，氣體溫度處理中流量計(jì)在實(shí)際加熱時(shí)，其電流會(huì)因?yàn)镻ID調(diào)節(jié)輸出的改變而變化，從而出現(xiàn)正常波動(dòng)。在這種情況下，文章設(shè)計(jì)的報(bào)警系統(tǒng)同樣會(huì)發(fā)出警報(bào)。針對(duì)該問題，將電流正常波動(dòng)及異常波動(dòng)的特性進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)PID參數(shù)穩(wěn)定，其輸出在短時(shí)間內(nèi)同樣較為穩(wěn)定，故而可以選擇加設(shè)定時(shí)器、計(jì)數(shù)器來區(qū)分電流正常及異常波動(dòng)。例如在確定采樣周期后，可以設(shè)置相應(yīng)的電流波動(dòng)達(dá)到報(bào)警范圍的次數(shù)，如果計(jì)數(shù)器得到的值超過該值，那么就意味著電流波動(dòng)異常，發(fā)出警報(bào)。但是當(dāng)計(jì)數(shù)器得到的值小于該值時(shí)，則默認(rèn)為流量計(jì)電流的正常波動(dòng)，不會(huì)進(jìn)行報(bào)警。
2.3上位機(jī)鏈接
在工業(yè)生產(chǎn)中，需要將氣體溫度處理中氣體流量計(jì)與控制中心進(jìn)行連接，其電流異常波動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)同樣需要與控制中心連接，此時(shí)就需要用到上位機(jī)鏈接系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠?qū)?臺(tái)上位機(jī)與1臺(tái)或者多臺(tái)可編程控制器鏈接，并對(duì)后者進(jìn)行程序傳輸、數(shù)據(jù)監(jiān)控及遠(yuǎn)程控制。在文章中，利用CP1HXA40DR-A型PLC的RS-232串口和上位機(jī)進(jìn)行鏈接，并進(jìn)行測(cè)試通訊。如此一來，通過該系統(tǒng)就能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)流量計(jì)電流值，顯示并存儲(chǔ)報(bào)警數(shù)據(jù)，以便技術(shù)人員**對(duì)流量計(jì)狀態(tài)進(jìn)行分析，同時(shí)也能在出現(xiàn)故障后即時(shí)調(diào)用數(shù)據(jù)，為故障修復(fù)提供數(shù)據(jù)支持。
3 結(jié)語(yǔ)
利用電流變送器與可編程控制器，針對(duì)氣體溫度處理中氣體流量計(jì)中電流能夠反映流量計(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)狀況的特性，設(shè)計(jì)了電流比較方法對(duì)流量計(jì)電流波動(dòng)情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。再加上定時(shí)器與計(jì)數(shù)器，排除了流量計(jì)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的電流波動(dòng)帶來的干擾與影響，從而能夠有效發(fā)現(xiàn)流量計(jì)電流異常波動(dòng)并進(jìn)行報(bào)警。該方案具有設(shè)計(jì)操作簡(jiǎn)單、反應(yīng)靈敏、成本低廉、不影響氣體流量計(jì)運(yùn)行等優(yōu)點(diǎn)，能夠在工業(yè)生產(chǎn)中得以有效應(yīng)用，保護(hù)氣體溫度處理中流量計(jì)及生產(chǎn)安全。

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