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工業(yè)電爐的應用：感應加熱的原理與專家控制系統(tǒng)
來源:開封市華能電爐有限公司
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作者:huanengdl
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發(fā)布時間: 2017-03-15
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加熱電源向感應圈通入交變電流而產(chǎn)生同頻率的交流磁通，在感應圈內(nèi)的工件產(chǎn)生感應電動勢，使工件發(fā)熱，按此原理進行的加熱稱為感應加熱。加熱是靠感應線圈把電能傳遞給要加熱的金屬，然后電能在金屬內(nèi)部轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋?
工業(yè)電爐的應用：感應加熱的原理與專家控制系統(tǒng)。
感應加熱的原理
加熱電源向感應圈通入交變電流而產(chǎn)生同頻率的交流磁通，在感應圈內(nèi)的工件產(chǎn)生感應電動勢，使工件發(fā)熱，按此原理進行的加熱稱為感應加熱。加熱是靠感應線圈把電能傳遞給要加熱的金屬，然后電能在金屬內(nèi)部轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋Ｔ诩訜岬倪^程中感應線圈與被加熱工件不直接接觸，能量是通過電磁感應傳遞的。
為了將工件加熱到一定溫度，或使之熔化，要求工件中的感應電動勢e盡可能地大。這有兩條途徑：增大通過線圈的電流I或提高電源頻率f。在感應爐中，采用較高頻率的電源，則磁場就較強，在同一金屬內(nèi)所產(chǎn)生的功率密度就較大，工件受熱速度較快。若工件截面增大，則在同樣磁通密度的磁場內(nèi)，通過工件的磁通量也增大，感應功率隨之增大。感應電流及工件發(fā)熱量的大小，不僅與工件的外形有關(guān)，還與材料有關(guān)，與金屬工件的電阻率、磁導率有關(guān)。例如，通常電氣設備中采用薄的硅鋼片，其發(fā)熱和損耗就小得多。鋼材的電阻在加熱過程中不斷變化，特別是當溫度超過居里點后，電阻急劇下降。
由于集膚效應，工件的功率密度在近表面處最大，越趨向內(nèi)部越小。在頻率較高的中頻磁場中，工件表面的功率密度較大，且頻率越高，發(fā)熱越集中于表面薄層內(nèi)溫度會迅速升高，甚至局部熔化。因此，感應加熱電源可用于透熱、熔煉、焊接及淬火等熱處理方面。
半導體式感應加熱裝置的出現(xiàn)使感應加熱設備的頻率選擇概念發(fā)生了很大的裱花。傳統(tǒng)的電子管式感應加熱裝置的頻率等級很少，不能根據(jù)加熱工藝要求選擇更合適的工作頻率，往往不得不遷就頻率而犧牲效率。而半導體式感應加熱裝置的頻率應變性極強，還具有頻率自動跟隨負載變化的特征，可以選擇理想的工作頻率，使裝置效率最高，從而達到節(jié)能、省時的目的。
可編程序控制器應用基礎
可編程序控制器是一種專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，它是一種可編程序的存儲器，在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，通過數(shù)字式或模擬式的輸入輸出來控制各種類型的機械設備或生產(chǎn)過程，可編程序控制器及其有關(guān)設備的設計原則是它應易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一體和具有擴充功能。
由于PLC的體積小、功能強、速度快、可靠性高，又具有較強的靈活性各可擴展性，具有在線修改功能，很快被應用于機械制造、冶金、化工等工業(yè)領(lǐng)域，在很大程度上取代了傳統(tǒng)的繼電器控制。實踐證明，PLC作為通用的自動控制設備，可以用于單一機電設備的控制，也可以用于工藝流程的控制，而且控制的精度和可行性相當高，使用也很方便。
PLC采用典型的計算機結(jié)構(gòu)，由中央處理單元、存儲器、輸入輸出接口電路和其它一些電路組成，具有D/A轉(zhuǎn)換、遠程通訊接口，可與計算機之間實現(xiàn)遠程通訊、構(gòu)成復雜的自動控制系統(tǒng)。
PLC將編程面向生產(chǎn)過程，適用于工程、工藝人員使用的工程語言，這些語言可以用于順序控制的梯級邏輯、軟接點、軟觸發(fā)器與計時／計數(shù)器組合，代表相應物理部件實現(xiàn)控制；可以按照工藝流程，從描述采樣、數(shù)值計算、比較、濾波到輸出，畫出類似于控制過程的方框圖，對控制過程進行跟蹤操作；
近年來，隨著網(wǎng)絡技術(shù)與大容量高速度信息交換技術(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)楣I(yè)化產(chǎn)品，使得PLC在工業(yè)控制領(lǐng)域的應用，使網(wǎng)絡布置、軟件與人機對話（HMI）畫面發(fā)生了本質(zhì)變化。
專家控制系統(tǒng)
專家系統(tǒng)實際上是一種基于知識的系統(tǒng)，它從人類專家那里獲得知識，并用來解決只有專家才能解決的困難問題。因此，可以這樣來定義專家系統(tǒng)：專家系統(tǒng)是一種具有特定領(lǐng)域內(nèi)大量知識與經(jīng)驗的程序系統(tǒng)，它應用于人工智能技術(shù)，模擬人類專家求解領(lǐng)域內(nèi)的各種問題，其水平可以達到甚至超過人類專家的水平。
概括來說，所謂專家系統(tǒng)就是一種在相關(guān)領(lǐng)域中具有專家水平解題能力的智能程序系統(tǒng)，它能運用領(lǐng)域多年積累的經(jīng)驗與專門知識，模仿人類專家的思維過程，解決需要專家才能解決的問題。
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感應加熱的原理
加熱電源向感應圈通入交變電流而產(chǎn)生同頻率的交流磁通，在感應圈內(nèi)的工件產(chǎn)生感應電動勢，使工件發(fā)熱，按此原理進行的加熱稱為感應加熱。加熱是靠感應線圈把電能傳遞給要加熱的金屬，然后電能在金屬內(nèi)部轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋Ｔ诩訜岬倪^程中感應線圈與被加熱工件不直接接觸，能量是通過電磁感應傳遞的。
為了將工件加熱到一定溫度，或使之熔化，要求工件中的感應電動勢e盡可能地大。這有兩條途徑：增大通過線圈的電流I或提高電源頻率f。在感應爐中，采用較高頻率的電源，則磁場就較強，在同一金屬內(nèi)所產(chǎn)生的功率密度就較大，工件受熱速度較快。若工件截面增大，則在同樣磁通密度的磁場內(nèi)，通過工件的磁通量也增大，感應功率隨之增大。感應電流及工件發(fā)熱量的大小，不僅與工件的外形有關(guān)，還與材料有關(guān)，與金屬工件的電阻率、磁導率有關(guān)。例如，通常電氣設備中采用薄的硅鋼片，其發(fā)熱和損耗就小得多。鋼材的電阻在加熱過程中不斷變化，特別是當溫度超過居里點后，電阻急劇下降。
由于集膚效應，工件的功率密度在近表面處最大，越趨向內(nèi)部越小。在頻率較高的中頻磁場中，工件表面的功率密度較大，且頻率越高，發(fā)熱越集中于表面薄層內(nèi)溫度會迅速升高，甚至局部熔化。因此，感應加熱電源可用于透熱、熔煉、焊接及淬火等熱處理方面。
半導體式感應加熱裝置的出現(xiàn)使感應加熱設備的頻率選擇概念發(fā)生了很大的裱花。傳統(tǒng)的電子管式感應加熱裝置的頻率等級很少，不能根據(jù)加熱工藝要求選擇更合適的工作頻率，往往不得不遷就頻率而犧牲效率。而半導體式感應加熱裝置的頻率應變性極強，還具有頻率自動跟隨負載變化的特征，可以選擇理想的工作頻率，使裝置效率最高，從而達到節(jié)能、省時的目的。
可編程序控制器應用基礎
可編程序控制器是一種專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，它是一種可編程序的存儲器，在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，通過數(shù)字式或模擬式的輸入輸出來控制各種類型的機械設備或生產(chǎn)過程，可編程序控制器及其有關(guān)設備的設計原則是它應易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一體和具有擴充功能。
由于PLC的體積小、功能強、速度快、可靠性高，又具有較強的靈活性各可擴展性，具有在線修改功能，很快被應用于機械制造、冶金、化工等工業(yè)領(lǐng)域，在很大程度上取代了傳統(tǒng)的繼電器控制。實踐證明，PLC作為通用的自動控制設備，可以用于單一機電設備的控制，也可以用于工藝流程的控制，而且控制的精度和可行性相當高，使用也很方便。
PLC采用典型的計算機結(jié)構(gòu)，由中央處理單元、存儲器、輸入輸出接口電路和其它一些電路組成，具有D/A轉(zhuǎn)換、遠程通訊接口，可與計算機之間實現(xiàn)遠程通訊、構(gòu)成復雜的自動控制系統(tǒng)。
PLC將編程面向生產(chǎn)過程，適用于工程、工藝人員使用的工程語言，這些語言可以用于順序控制的梯級邏輯、軟接點、軟觸發(fā)器與計時／計數(shù)器組合，代表相應物理部件實現(xiàn)控制；可以按照工藝流程，從描述采樣、數(shù)值計算、比較、濾波到輸出，畫出類似于控制過程的方框圖，對控制過程進行跟蹤操作；
近年來，隨著網(wǎng)絡技術(shù)與大容量高速度信息交換技術(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)楣I(yè)化產(chǎn)品，使得PLC在工業(yè)控制領(lǐng)域的應用，使網(wǎng)絡布置、軟件與人機對話（HMI）畫面發(fā)生了本質(zhì)變化。
專家控制系統(tǒng)
專家系統(tǒng)實際上是一種基于知識的系統(tǒng)，它從人類專家那里獲得知識，并用來解決只有專家才能解決的困難問題。因此，可以這樣來定義專家系統(tǒng)：專家系統(tǒng)是一種具有特定領(lǐng)域內(nèi)大量知識與經(jīng)驗的程序系統(tǒng)，它應用于人工智能技術(shù)，模擬人類專家求解領(lǐng)域內(nèi)的各種問題，其水平可以達到甚至超過人類專家的水平。
概括來說，所謂專家系統(tǒng)就是一種在相關(guān)領(lǐng)域中具有專家水平解題能力的智能程序系統(tǒng)，它能運用領(lǐng)域多年積累的經(jīng)驗與專門知識，模仿人類專家的思維過程，解決需要專家才能解決的問題。
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