针对漆包机生产工艺流程和相应的机械设备特点,采用工业控制计算机组成的漆包机测控系统 。

温度控制

主要是控制烘炉烘焙温度及催化加热和上、下退火区加热温度控制。由于采用高温废气作为烘炉加热热源,烘炉各加热区之间温度耦合程度加深,增加了控温难度,烘焙控温回路采用灵活的控制算法,在漆包线成膜过程中,对蒸发、固化等各加热区严格按照给定炉温曲线控制烘焙加热温度,控温精度±1%,各区控温值可在室温至550°C之间任意设置 。

有机溶剂蒸气燃烧控制

燃烧控制回路通过调节鼓风流量和排废流量维持负压燃烧,防止有害气体逸出到空气中,并使有机溶剂蒸气充分燃烧 。

顺序控制

顺序控制取代继电接触控制和手动开关操作,对漆包机系统中各设备的起动、运行、停机过程进行逻辑控制和安全保护 。

系统监测

对漆包机烘炉温度、炉腔压力、收线速度等14个测点的模拟量和断线传感器、限位开关、热继电器等保护器件、设备运行状态共22个测点的开关量信号进行监视,故障时报警、并可对参数进行设定、查询和修改 。

立式漆包机采用了热风循环新工艺。导线以速度v放线后退火、涂漆,经过烘炉各加热区加热烘焙,导线漆层中有机溶剂和稀释剂蒸发出来,漆膜固化烘干。再由收线装置收线。漆膜烘焙过程中蒸发出来的有机溶剂蒸气含有大量的有害气体,同时又具有很高的燃烧热值。立式漆包机采用的热风循环新工艺,对有机溶剂蒸气进行催化后燃烧,燃烧产生的高温废气用风机通过热风循环系统送到漆包机烘炉内循环,作为烘炉加热热源之一替代部分电加热,有机溶剂蒸气燃烧后变成了二氧化碳和水,大大降低了废气中有害气体的含量。立式漆包机生产工艺较复杂,要求通过对烘焙温度、燃烧过程以及其他工艺参数的控制,保证漆包线漆膜质量,消除污染,节约能源。并按照各道工序的不同要求,控制设备的运行 。

工控机系统配置

工控机系统选用研华工业PC机和有关板卡组成系统配置。PCL-818L:12位单端16通道数据采集卡,转换速率40KB/S,完全可以满足控制需要。CLD-789D:16通道小信号放大调理板。PCL-726:6通道D/A输出卡。PCL-724:24路DI/DO卡 。

检测元件和执行机构选择

(1)加热区温度用热电偶测量,热电偶输出信号经PCLD-789D放大后,送PCL-818L进行A/D转换。循环热风风速采用变频器调节,加热电功率采用晶闸管调功控制,共用6组,每组由3个大功率双向晶闸管模块组成 。

(2)燃烧区负压测量采用一体化的扩散硅压力变送器,输出信号4~20mA。鼓风流量和排废流量采用变频器调速取代原来的挡板节流控制方式,变频器输出频率在自动方式时,由D/A卡的输出给定,手动方式时,由面板上的电位器控制,电位器自配 。

(3)收线速度用测速发电机测量。排线电机和驱动电机也采用变频器取代原来的电磁调速器控制转速,变频器输出频率按工艺要求预置 。

(4)变频器故障输出信号、断线传感器信号和监控用开关量信号接PCL-724,晶闸管的触发控制信号也由PCL-724输出 。

系统中既有工艺参数闭环调节,又有电气开关量控制,工艺参数变化速率差别很大,许多参数间还存在各种联系。根据这些特点,程序设计中采取了两项措施,一是采用不同的周期对温度、压力和电机转速进行采样和调节。二是根据各参数的特点,采用不同的控制策略来实现控制要求 。

烘炉温度控制

烘炉各加热区时间常数大,存在非线性,采用热风循环加热,使各加热区温度间相互影响,影响程度还与漆包线线径、线速等因素有关,要实现完全解耦十分困难。因此系统中烘炉各加热区温度调节采用模糊控制算法,模糊控制器以温度偏差E和温度偏差变化率EC为输入变量,输出变量为U,模糊子集取{NB,NM,NS,0,PS,PM,PB},论域为{-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6},模糊变量的隶属函数采用三角形分布函数,根据操作人员的经验知识,总结出模糊控制规则,根据模糊控制规则离线计算出控制规则表,实际运行时,每一控制周期中,根据采样得到的温度偏差和偏差变化率的量化值查表取得当前时刻的控制输出量的量化值,再乘以比例因子,即可得到最终的输出控制量。烘炉加热要耗费大量热量,立式漆包机有电能和有机溶剂蒸气燃烧产生的高温废气两种加热介质,为了充分利用高温废气热量,节省电能,烘炉温度调节采用循环热风流速和电功率双操作量执行方式,二操作量对调节器输出进行分程,利用循环热风对炉温进行粗调,通过电加热对炉温进行细调,控温回路根据加热区的控温偏差、循环热风流速和温度动态计算分程点 。

有机溶剂蒸气燃烧控制

有机溶剂蒸气燃烧过程中要不断补充新鲜空气,以使得废气充分燃烧,而鼓入的新鲜空气过多会影响炉温;烘炉内有机溶剂蒸气燃烧生成的二氧化碳和水蒸汽等废气浓度过高会影响催化效果,但是高温废气大量排出也会影响炉温。因此加热过程中要适当控制排废量,工艺要求排出的废气约占循环热风总量的20%左右。调节鼓风流量和排废流量时,还要维持燃烧区为负压。综合上述控制要求,并考虑到燃烧过程中各参数间的相互影响,燃烧控制采用基于炉压反馈的排废流量和鼓风流量比值控制方案,控制算法原理。以压力调节器的输出作为比值系数,对排废流量和鼓风流量进行协调控制,使二者流量均匀变化,维持燃烧区压力稳定,同时引入烘炉温度偏差信号,对排废流量设定值进行动态校正,以减少对炉温的影响 。

导线涂漆以后在烘炉中受热烘焙,是涂漆工艺中最重要的阶段。在立式炉的下部,溶剂从漆层中挥发出来;在炉子的上部,则发生化学反应而形成绝缘漆膜。导线在炉子下部过分受热,就会使溶剂沸腾并造成废品。导线在炉子上部过分受热,漆层就会发生热氧化降解现象。而导线在炉子的任何区段受热不足,交联和成膜过程都会迅速变慢。因此,炉膛壁沿高度的温度场Tc(h)、供炉中传热媒质沿高度的温度场TB(h)和导线涂漆速度V应保持一定的关系,以保证涂漆导线烘焙所需要的温度。炉子下部发热功率的增加,以及沿炉子整个高度上布设电热元件,可以使住24型漆包机的生产效率提高1.3~1.5倍 。

有文献指出，通过用积分微分方程的数学模型,可以近似解得立式漆包机炉膛壁、热交换媒质和炉壳的温度;据此确定的漆包机烘炉的温度场,精确度为士13%。从而得出,在现有设备结构条件下,将导线从上导轮不经炉外返回炉膛,是提高生产率和降低能耗的最合理方案 。

随着涂漆导线在炉中线速的增加,导线在烘炉的溶剂挥发区和固化成膜区所滞留的时间都要缩短。因此,随着线速的增加,必须提高导线的温度来强化在涂层中的物理一化学过程,以补偿导线在炉中滞留时间的减少。然而,在高温下涂层中发生热氧化降解导致气体杂质急骤增加的危险性,以及加热元件、保温材料的工作能力,又限制了导线温度的提高。有文献指出,由于烘炉温度场的改善而使C-24型漆包机生产效率的提高,是和电能消耗的增加相连系的 。

因此,为了进一步提高C-24和B-30型漆包机的生产效率,最合理的方案是在现有结构下导线从上导轮不经炉外而重新进入炉膛。这就等于炉长增加了一倍。附图中曲线可以证明,用上述方案涂制铜线的可能性是有根据的 。

当导线经过漆包炉炉膛返程运动时,重复利用了传热媒质在排烟罩区域所散发的热量;增加了涂漆导线在漆包炉中滞留的时间;导线返程运动时,导线和传热媒质的运动方向相反,使得对流热交换强烈。由于漆包炉的热平衡得到改善,所以提高了生产率,降低了电能消耗率 。