СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫМИ ИНДУКЦИОННЫМИ УСТАНОВКАМИ

Индукционный нагрев на промышленных предприятиях в настоящее время занимает значительное место и имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционными нагревательными устройствами. Эффективность работы индукционной установки во многом зависит от степени автоматизации её процессов. В данной статье рассмотрены способы автоматизации промышленных индукционных установок разных типов и основные требования к системам автоматизации.

Использование автоматизированных систем управления позволяет создать более безопасные для человека условия труда, ведь благодаря автоматизации в ходе работы с индукционными печами не приходится сталкиваться с инфракрасным излучением, шумом, вибрациями, электромагнитным полем, лазерным излучением и пылью. Кроме того, автоматизация является одним из способов экономии электроэнергии в индукционных печах: применение автоматического регулирования температуры снижает расход электроэнергии на выработку тепла до 25%. Важность процесса индукционного нагрева на производстве обусловлена требованием качества выпускаемой продукции, а, соответственно, и положением производителя на рынке металлопродукции. Таким образом, система автоматизации технологических процессов необходима и для того, чтобы качество выпускаемой продукции отвечало требованиям стандартов. Автоматизации и контролю подлежат термические параметры, закалочные и электрические [2].

Основой каждой системы автоматизации является информация о ходе технологических процессов и о состоянии оборудования. Основным требованием к данным системам является обеспечение удовлетворительного технико-экономического эффекта и простота эксплуатации, не требующая привлечения большого количества персонала.

Система автоматизированного управления тигельной печи основана на мониторинге электрических параметров установки, параметров системы водоохлаждения и состояния футеровки индуктора, автоматизации температуры плавки металла, автоматизации ввода печи в эксплуатацию после остановки в работе, автоматизации заливки форм.

Контроль осуществляется при помощи промышленного компьютера: управление процессом отражается на экране благодаря специализированному программному обеспечению, таким образом оператор может постоянно следить за ним и реагировать в режиме реального времени.

Большого прорыва в автоматизации систем управления добились компании группы Inductotherm [3]. Они первыми разработали и изготовили инновационную автоматизированную систему плавильного цеха на основе робототехники, получившую название ARMS System (Automated Robotic Melt Shop Systems - Автоматизированные роботизированные системы плавильного цеха). Система ARMS позволяет оператору не находиться рядом с печью, заменяя его специальным роботом, который имеет встроенные системы загрузки, удаления шлака, работы с инструментами и дистанционного наблюдения. Это позволяет оператору управлять индукционной установкой из диспетчерской, значительно повышая его безопасность, снижая эксплуатационные расходы.

Системы автоматизации индукционных канальных печей позволяют контролировать температуры воды и воздуха, охлаждающих индуктор и кожух индукционного оборудования посредством установки электроконтактных термометров. При превышении температуры выше заданной, термометры выдают сигнал. Автоматизация системы подачи охлаждающей воды и воздуха включает в себя наблюдение за температурами на выходе из систем охлаждения. В случае снижения давления воды или воздуха срабатывают соответствующие реле, отключающие энергопитание, что вызывает световые и звуковые сигналы.

Автоматизируется также питание печи. Слив металла вызывает автоматическое отключение её от питания, что влечёт за собой застывание металла в печи. Это является аварией, приводящей к браку продукции.  Для контроля положения печи при сливе металла устанавливают конечные выключатели, сблокированные с приводом электропечи, также в системах электроснабжения канальных печей предусматривается резервирование, мощности которого должно быть достаточно, чтоб поддержать металл в печи в расплавленном состоянии.

Одним из самых важных параметров при эксплуатации канальной печи является скорость разливки и поток во время заполнения формы металлом. Например, итальянская компания Fomet [5] разработала надёжную систему управления данным процессом, которая позволяет избежать проливов, потерь и переливов металла. Система Fomet задаёт специализированной программе значения для формования отверстия стопорного стержня для поддержания постоянного уровня в разливочном стакане. Таким образом, скорость разливки и поток во время процесса заполнения формы будут соответствовать пропускной способности, что увеличивает эффективность процесса. Данная система автоматизации основывается на релейно-контактном регулировании.

Вакуумные индукционные печи являются высокомеханизированными и автоматизированными устройствами [1]. Основные параметры технологического процесса при эксплуатации вакуумной индукционной установки отслеживаются при помощи контрольно-измерительной аппаратуры и монитора промышленного компьютера.  Оператором ведётся контроль за температурой заливаемого металла, давлением в камере при заливке, временем выдержки залитой формы в вакууме и временем от установки формы в форвакуумную печь до заливки, скоростью заливки металла, натеканием в объём печи, давлением, электрическими параметрами.

Вакуумные индукционные печи могут быть автоматизированы по структуре PC-PLC (Personal Computer – персональный компьютер, Programmable Logic Controller — программируемый логический контроллер). Данная система включает логический программируемый контроллер. Основная составляющая электрического шкафа системы управления – контроллер DirectLogic 205 - имеет выход в локальную сеть участка и цеха [4]. Сигналы ручного управления реализованы также через контроллер. Надёжность канала не уступает релейной схеме управления, применяемой в канальных индукционных установках, при этом контроллер отслеживает ручные воздействия, учитывая их при автоматизированном управлении и диагностике, исправляя ошибки оператора.

Эффективность автоматизации зависит от требований, предъявляемых к продукции, точности поддержания заданных параметров в работе индукционной установки и влияния погрешности регулирования на качество обрабатываемой продукции.

Таким образом, для тигельных, канальных и вакуумных индукционных установок оптимальными системами автоматизации будут система с обратной связью и управлением процессом во время проведения технологической операции и система сравнения готового продукта по задаваемым параметрам воздействия. По принципу управления регулируемым параметром данные системы автоматизации являются стабилизирующими. Рассмотренные системы автоматизации индукционных установок позволяют вести сырьевой контроль и контроль плавильным процессом, регулируют подводимую энергию, температуру, производят автоматическую сушку печной футеровки и шихты.

Системы автоматизации позволяют проводить диагностику печей, анализ и стабилизацию всех необходимых параметров. Применение компьютерных систем управления электропитанием индукционных печей позволяет снизить напряжённость труда и повысить производственную надежность систем индукционной плавки металлов.

Список литературы:

1. Автоматизация процесса вакуумной индукционной плавки [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.plcsystems.ru/article/detail.php?ID=22005/. – Дата доступа: 24.032021;
2. Кац, А. М. Основы автоматизации и управления литейным производством [Текст] / А. М. Кац – Москва: МГИУ, 2012. – 340 с.
3. Системы индукционного плавления, выдержки, разлива и нагрева (Induction Melting, Holding, Pouring and Heating Systems) [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://inductotherm.com/.  – Дата доступа: 24.032021;
4. Соколов, Ю. А. Построение систем управления на базе контроллеров Direct Logic [Электронный ресурс]/ Ю. А. Соколов, В. Г. Кулешов. - Режим доступа: https://www.plcsystems.ru/catalog/DirectLOGIC_2/doc/Sokolov.pdf/. – Дата доступа: 24.032021;
5. Специалисты по индукционным печам (Induction furnace specialists) [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.fomet.com/. – Дата доступа: 24.032021;