Nghiên cứu tình huống này liên quan đến một dây chuyền sản xuất gia nhiệt cảm ứng hợp kim nhôm, xử lý các thanh hợp kim nhôm A6061 và 5083-H111 có đường kính Ø245 mm và chiều dài 500 mm, mỗi thanh nặng 68,406 kg.
Lộ trình thiết kế công suất như sau: với thời gian chu kỳ 246 giây mỗi chi tiết, chia 3600 giây cho 246 giây cho ra 14,634 chi tiết mỗi giờ; nhân 14,634 chi tiết với trọng lượng đơn chi tiết 68,406 kg cho ra công suất đầu ra khoảng 1.000 kg mỗi giờ. Chuỗi tính toán này cho thấy thời gian chu kỳ là thông số cơ sở cho cấu hình nguồn của toàn bộ dây chuyền sản xuất, tốc độ cơ cấu băng tải và logic phân loại – không phải là một chỉ số có thể điều chỉnh tùy ý.
Yêu cầu nhiệt độ gia nhiệt là 480 đến 495°C, với độ lệch cho phép là ±15°C. Phạm vi nhiệt độ hoạt động được đưa ra trong đề xuất thiết bị là 460 đến 480°C, cho thấy sự sai lệch nhỏ so với phạm vi yêu cầu quy trình của người mua. Sự khác biệt này thường yêu cầu xác nhận hiệu chuẩn trong giai đoạn vận hành thử dựa trên quy trình rèn thực tế.
Nguồn cấp nhiệt sử dụng nguồn IGBT kỹ thuật số hoàn toàn, model IGBT300/0.15, với công suất định mức 300 kW và tần số danh định 0,15 kHz, tức là 150 Hz. Hệ số công suất của hệ thống vượt quá 0,9.
Bộ biến tần kết hợp các thyristor tốc độ cao với các mô-đun IGBT, với điện áp đầu vào 380V và điện áp đầu ra 1000V. Chương trình điều khiển có tính năng điều chỉnh điện áp tự động. Các thiết bị bảo vệ bao gồm quá dòng, quá áp, nối đất, cầu chì nhanh, bất thường tần số và bất thường nước làm mát.
Cuộn cảm ứng được làm bằng ống đồng có độ tinh khiết không dưới 99,9% và độ dày thành không dưới 2,0 mm, sử dụng ống đồng Luoyang Copper T2 không oxy kéo nguội. Sau khi quấn, cuộn dây được xử lý rửa axit, ngâm tẩm vecni cách điện nhiệt độ cao và sấy trong lò điện trở để đảm bảo cách điện tốt, với điện áp chịu đựng (so với đất) không dưới 5000V. Tuổi thọ thiết kế của cuộn dây không dưới 8.000 giờ. Lớp lót lò sử dụng ống thép không gỉ Austenitic.
Tần số danh định của thiết bị này là 150 Hz, nằm trong dải gia nhiệt cảm ứng tần số trung bình. Trong tải cộng hưởng song song, một khi các giá trị của cuộn cảm L và tụ bù được xác định, tần số cộng hưởng tự nhiên cũng được xác định. Khi trở kháng tải (cuộn cảm) thay đổi, tần số tự nhiên cũng trôi đi – tần số thấp hơn khi lò trống hoặc tải nhẹ, và cao hơn khi lò đầy vật liệu lạnh.
Đặc tính tải này đặt ra yêu cầu cho giai đoạn khởi động: tần số khởi động càng gần tần số tải thực tế thì tỷ lệ khởi động thành công càng cao. Phương pháp khởi động quét tần số được áp dụng trong đề xuất gửi một loạt các tần số bao phủ phạm vi biến đổi tần số tải để khởi động thiết bị, không bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi tải, do đó cải thiện độ tin cậy khởi động. Thiết bị sử dụng điều khiển theo dõi tần số tự động trong quá trình hoạt động, không yêu cầu điều chỉnh thủ công; khi sử dụng trong các dải tần số khác nhau, chỉ cần kết nối ngân hàng tụ bù phù hợp sẽ điều chỉnh đến giá trị trở kháng phù hợp.
Nhiệt độ nước làm mát đầu vào yêu cầu là 5 đến 35°C, nhiệt độ đầu ra dưới 55°C và áp suất làm việc từ 0,2 đến 0,3 MPa. Lưu lượng nước làm mát cho bộ phận cấp nguồn là 7,5 m³/h, và cho bộ phận thân lò là 37,5 m³/h, với tổng nhu cầu nước là 45 m³/h. Phương pháp làm mát sử dụng tháp giải nhiệt tuần hoàn kín.
Logic bố trí mạch nước bên trong của tủ điện xứng đáng được giải thích riêng: tất cả các ống mềm đều được làm bằng cao su không cacbon, và chiều dài đường nước giữa các bộ phận được duy trì ít nhất 1,5 đến 2 mét để tránh sự bất ổn của thiết bị do ô nhiễm chéo giữa các bộ phận qua đường nước. Ống màu đỏ được sử dụng cho nước hồi (nước nóng) và ống màu xanh cho nước vào (nước lạnh), để phân biệt nhanh hướng dòng chảy. Bể nước kim loại bên trong sử dụng thép không gỉ 304 để cung cấp nước tập trung. Các cảm biến nhiệt độ được lắp đặt trên tất cả các ống nhánh và được đánh số; khi nhiệt độ nước bất thường, hệ thống điều khiển sẽ báo động và hiển thị số đường nước bị lỗi trên màn hình cảm ứng.
Các thanh được đặt gọn gàng trên bệ chứa bằng tay. Cơ cấu quay các thanh vào máng cấp liệu theo nhịp độ gia nhiệt. Cơ cấu cấp liệu là hệ thống cấp liệu bằng xi lanh cấp liệu với tốc độ đều theo nhịp độ.
Đầu xả được trang bị thiết bị xả nhanh bao gồm con lăn trục lục giác làm mát bằng nước và dây chuyền băng tải, với lực đủ để ngăn vật liệu bị lật, và cường độ kết cấu và khả năng chịu nhiệt độ cao đáp ứng nhu cầu của các thông số kỹ thuật vật liệu khác nhau trong dự án này.
Cơ cấu phân loại là thiết kế ba phần có thể nhanh chóng, chính xác và kịp thời tách vật liệu nhiệt độ thấp và nhiệt độ cao, vận chuyển chúng đến các thùng tương ứng thông qua các máng trượt. Nhiệt độ rèn ban đầu của phôi phải được kiểm soát trong khoảng 480 đến 495°C (cài đặt có thể được điều chỉnh theo quy trình của khách hàng). Phôi trong phạm vi nhiệt độ này sẽ chuyển sang bước xử lý tiếp theo; phôi dưới hoặc trên nhiệt độ rèn sẽ được phân loại vào các thùng khác nhau, với tỷ lệ phân loại là 100%.
Một thiết bị đo nhiệt độ hợp kim nhôm chuyên dụng được lắp đặt tại đầu ra lò của cuộn cảm. Một lỗ được tạo ra ở bên cạnh lò ở một khoảng cách nhất định so với đầu ra, và một thiết bị đo nhiệt độ hợp kim nhôm chuyên dụng được lắp đặt để đáp ứng nhu cầu đo nhiệt độ của các điều kiện làm việc khác nhau. Khi chênh lệch nhiệt độ của thiết bị đo quá lớn hoặc nhiệt độ bất thường, một báo động bằng âm thanh và hình ảnh sẽ được kích hoạt.
Nhiệt độ rèn ban đầu có thể được hiển thị theo thời gian thực trên giao diện người-máy và màn hình lớn. Đo nhiệt độ sử dụng nhiệt kế hồng ngoại, được trang bị chức năng hiển thị và lưu trữ nhiệt độ (thời gian lưu trữ 180 ngày), và các thiết bị báo động giới hạn trên và dưới. Thiết bị đo nhiệt độ không bị ảnh hưởng bởi vảy oxit bề mặt, bụi, khói hoặc hơi nước. Độ chính xác và độ bền của thiết bị đo nhiệt độ được đảm bảo trong 12 tháng.
Tủ điều khiển sử dụng hộp điều khiển tích hợp cơ điện, làm bằng tấm cường độ cao với lớp phủ bột để chống oxy hóa. Tủ điều khiển bên ngoài được sản xuất theo cấp bảo vệ không dưới IP54. Các bộ phận điện áp thấp chính trong tủ là thương hiệu Schneider Electric, các bộ ngắt mạch là Chint, cáp là cáp lõi đồng chất lượng cao và các đường tín hiệu là cáp được che chắn.
PLC là đơn vị Siemens S7 series với mô-đun giao diện truyền thông Profinet, và thiết kế chương trình bao gồm hệ thống phản hồi thông tin lỗi và tự chẩn đoán.
Giao diện người-máy sử dụng màn hình cảm ứng màu 15 inch (TPC1571) của Beijing Kunlun Tongtai. Các cài đặt liên quan đến chương trình có thể được nhập qua bàn phím cảm ứng, và các tham số sản phẩm đã được xác minh và lưu trữ (có khả năng tải và đọc hơn 50 loại tham số quy trình) có thể được truy vấn và in bất kỳ lúc nào. Thời gian chu kỳ (thời gian nhập trực tiếp) và chiều dài vật liệu có thể được đặt trên màn hình này, và màn hình có thể tự động ghi lại số lượng vật liệu nhiệt độ thấp, vật liệu đủ tiêu chuẩn và vật liệu nhiệt độ cao.
Hoạt động được chia thành hai chế độ: tự động và thủ công, được chuyển đổi bằng công tắc chọn hai vị trí. Ở chế độ tự động, toàn bộ thiết bị có thể được khởi động và dừng chỉ bằng các nút khởi động và dừng; ở chế độ thủ công, các chức năng khác nhau có thể được khởi động riêng lẻ bằng các nút, với tất cả các thao tác được thực hiện trên màn hình cảm ứng.
Chức năng nhận dạng lỗi thông minh hiển thị nội dung lỗi và cung cấp các giải pháp tương ứng khi xảy ra lỗi vận hành hoặc báo động điều kiện làm việc đặc biệt, cho phép người vận hành nhanh chóng xử lý hơn 90% các lỗi phổ biến. Tủ nguồn tần số trung bình được trang bị bảng chẩn đoán lỗi. Khi hệ thống gặp sự cố như quá áp, quá dòng, mất nước hoặc hỏng cầu chì, nó sẽ dừng máy ngay lập tức và tự động ngắt công tắc nguồn chính.
Chế độ làm việc ban đầu: Khi mỗi ca bắt đầu, hệ thống gia nhiệt cảm ứng vừa mới khởi động và nhiệt độ bên trong lò cảm ứng là nhiệt độ ban đầu. Để giảm thiểu việc tạo ra vật liệu nhiệt độ thấp, chế độ này tăng hoặc duy trì công suất tương ứng theo nhịp độ hoặc tốc độ khi vật liệu được gia nhiệt được cấp liệu theo nhịp độ hoặc tốc độ, đảm bảo mỗi thanh đạt đến nhiệt độ rèn.
Chế độ menu: Khi người dùng gia nhiệt lại phôi, họ chỉ cần nhập số đơn hàng vào menu, và hệ thống gia nhiệt cảm ứng sẽ tự động chạy theo dữ liệu gia nhiệt trong menu mà không cần điều chỉnh thủ công, đảm bảo tính nhất quán về chất lượng gia nhiệt sản phẩm.
Chế độ làm sạch lò: Khi cần làm sạch lò sau công việc trong ngày, chỉ cần kích hoạt chế độ làm sạch lò sẽ khiến cơ cấu cấp liệu đẩy vật liệu giả trống vào buồng lò theo nhịp độ đã đặt, với công suất giảm dần, tối đa hóa tiết kiệm năng lượng trong quá trình làm sạch lò.
Nghiên cứu tình huống này liên quan đến một dây chuyền sản xuất gia nhiệt cảm ứng hợp kim nhôm, xử lý các thanh hợp kim nhôm A6061 và 5083-H111 có đường kính Ø245 mm và chiều dài 500 mm, mỗi thanh nặng 68,406 kg.
Lộ trình thiết kế công suất như sau: với thời gian chu kỳ 246 giây mỗi chi tiết, chia 3600 giây cho 246 giây cho ra 14,634 chi tiết mỗi giờ; nhân 14,634 chi tiết với trọng lượng đơn chi tiết 68,406 kg cho ra công suất đầu ra khoảng 1.000 kg mỗi giờ. Chuỗi tính toán này cho thấy thời gian chu kỳ là thông số cơ sở cho cấu hình nguồn của toàn bộ dây chuyền sản xuất, tốc độ cơ cấu băng tải và logic phân loại – không phải là một chỉ số có thể điều chỉnh tùy ý.
Yêu cầu nhiệt độ gia nhiệt là 480 đến 495°C, với độ lệch cho phép là ±15°C. Phạm vi nhiệt độ hoạt động được đưa ra trong đề xuất thiết bị là 460 đến 480°C, cho thấy sự sai lệch nhỏ so với phạm vi yêu cầu quy trình của người mua. Sự khác biệt này thường yêu cầu xác nhận hiệu chuẩn trong giai đoạn vận hành thử dựa trên quy trình rèn thực tế.
Nguồn cấp nhiệt sử dụng nguồn IGBT kỹ thuật số hoàn toàn, model IGBT300/0.15, với công suất định mức 300 kW và tần số danh định 0,15 kHz, tức là 150 Hz. Hệ số công suất của hệ thống vượt quá 0,9.
Bộ biến tần kết hợp các thyristor tốc độ cao với các mô-đun IGBT, với điện áp đầu vào 380V và điện áp đầu ra 1000V. Chương trình điều khiển có tính năng điều chỉnh điện áp tự động. Các thiết bị bảo vệ bao gồm quá dòng, quá áp, nối đất, cầu chì nhanh, bất thường tần số và bất thường nước làm mát.
Cuộn cảm ứng được làm bằng ống đồng có độ tinh khiết không dưới 99,9% và độ dày thành không dưới 2,0 mm, sử dụng ống đồng Luoyang Copper T2 không oxy kéo nguội. Sau khi quấn, cuộn dây được xử lý rửa axit, ngâm tẩm vecni cách điện nhiệt độ cao và sấy trong lò điện trở để đảm bảo cách điện tốt, với điện áp chịu đựng (so với đất) không dưới 5000V. Tuổi thọ thiết kế của cuộn dây không dưới 8.000 giờ. Lớp lót lò sử dụng ống thép không gỉ Austenitic.
Tần số danh định của thiết bị này là 150 Hz, nằm trong dải gia nhiệt cảm ứng tần số trung bình. Trong tải cộng hưởng song song, một khi các giá trị của cuộn cảm L và tụ bù được xác định, tần số cộng hưởng tự nhiên cũng được xác định. Khi trở kháng tải (cuộn cảm) thay đổi, tần số tự nhiên cũng trôi đi – tần số thấp hơn khi lò trống hoặc tải nhẹ, và cao hơn khi lò đầy vật liệu lạnh.
Đặc tính tải này đặt ra yêu cầu cho giai đoạn khởi động: tần số khởi động càng gần tần số tải thực tế thì tỷ lệ khởi động thành công càng cao. Phương pháp khởi động quét tần số được áp dụng trong đề xuất gửi một loạt các tần số bao phủ phạm vi biến đổi tần số tải để khởi động thiết bị, không bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi tải, do đó cải thiện độ tin cậy khởi động. Thiết bị sử dụng điều khiển theo dõi tần số tự động trong quá trình hoạt động, không yêu cầu điều chỉnh thủ công; khi sử dụng trong các dải tần số khác nhau, chỉ cần kết nối ngân hàng tụ bù phù hợp sẽ điều chỉnh đến giá trị trở kháng phù hợp.
Nhiệt độ nước làm mát đầu vào yêu cầu là 5 đến 35°C, nhiệt độ đầu ra dưới 55°C và áp suất làm việc từ 0,2 đến 0,3 MPa. Lưu lượng nước làm mát cho bộ phận cấp nguồn là 7,5 m³/h, và cho bộ phận thân lò là 37,5 m³/h, với tổng nhu cầu nước là 45 m³/h. Phương pháp làm mát sử dụng tháp giải nhiệt tuần hoàn kín.
Logic bố trí mạch nước bên trong của tủ điện xứng đáng được giải thích riêng: tất cả các ống mềm đều được làm bằng cao su không cacbon, và chiều dài đường nước giữa các bộ phận được duy trì ít nhất 1,5 đến 2 mét để tránh sự bất ổn của thiết bị do ô nhiễm chéo giữa các bộ phận qua đường nước. Ống màu đỏ được sử dụng cho nước hồi (nước nóng) và ống màu xanh cho nước vào (nước lạnh), để phân biệt nhanh hướng dòng chảy. Bể nước kim loại bên trong sử dụng thép không gỉ 304 để cung cấp nước tập trung. Các cảm biến nhiệt độ được lắp đặt trên tất cả các ống nhánh và được đánh số; khi nhiệt độ nước bất thường, hệ thống điều khiển sẽ báo động và hiển thị số đường nước bị lỗi trên màn hình cảm ứng.
Các thanh được đặt gọn gàng trên bệ chứa bằng tay. Cơ cấu quay các thanh vào máng cấp liệu theo nhịp độ gia nhiệt. Cơ cấu cấp liệu là hệ thống cấp liệu bằng xi lanh cấp liệu với tốc độ đều theo nhịp độ.
Đầu xả được trang bị thiết bị xả nhanh bao gồm con lăn trục lục giác làm mát bằng nước và dây chuyền băng tải, với lực đủ để ngăn vật liệu bị lật, và cường độ kết cấu và khả năng chịu nhiệt độ cao đáp ứng nhu cầu của các thông số kỹ thuật vật liệu khác nhau trong dự án này.
Cơ cấu phân loại là thiết kế ba phần có thể nhanh chóng, chính xác và kịp thời tách vật liệu nhiệt độ thấp và nhiệt độ cao, vận chuyển chúng đến các thùng tương ứng thông qua các máng trượt. Nhiệt độ rèn ban đầu của phôi phải được kiểm soát trong khoảng 480 đến 495°C (cài đặt có thể được điều chỉnh theo quy trình của khách hàng). Phôi trong phạm vi nhiệt độ này sẽ chuyển sang bước xử lý tiếp theo; phôi dưới hoặc trên nhiệt độ rèn sẽ được phân loại vào các thùng khác nhau, với tỷ lệ phân loại là 100%.
Một thiết bị đo nhiệt độ hợp kim nhôm chuyên dụng được lắp đặt tại đầu ra lò của cuộn cảm. Một lỗ được tạo ra ở bên cạnh lò ở một khoảng cách nhất định so với đầu ra, và một thiết bị đo nhiệt độ hợp kim nhôm chuyên dụng được lắp đặt để đáp ứng nhu cầu đo nhiệt độ của các điều kiện làm việc khác nhau. Khi chênh lệch nhiệt độ của thiết bị đo quá lớn hoặc nhiệt độ bất thường, một báo động bằng âm thanh và hình ảnh sẽ được kích hoạt.
Nhiệt độ rèn ban đầu có thể được hiển thị theo thời gian thực trên giao diện người-máy và màn hình lớn. Đo nhiệt độ sử dụng nhiệt kế hồng ngoại, được trang bị chức năng hiển thị và lưu trữ nhiệt độ (thời gian lưu trữ 180 ngày), và các thiết bị báo động giới hạn trên và dưới. Thiết bị đo nhiệt độ không bị ảnh hưởng bởi vảy oxit bề mặt, bụi, khói hoặc hơi nước. Độ chính xác và độ bền của thiết bị đo nhiệt độ được đảm bảo trong 12 tháng.
Tủ điều khiển sử dụng hộp điều khiển tích hợp cơ điện, làm bằng tấm cường độ cao với lớp phủ bột để chống oxy hóa. Tủ điều khiển bên ngoài được sản xuất theo cấp bảo vệ không dưới IP54. Các bộ phận điện áp thấp chính trong tủ là thương hiệu Schneider Electric, các bộ ngắt mạch là Chint, cáp là cáp lõi đồng chất lượng cao và các đường tín hiệu là cáp được che chắn.
PLC là đơn vị Siemens S7 series với mô-đun giao diện truyền thông Profinet, và thiết kế chương trình bao gồm hệ thống phản hồi thông tin lỗi và tự chẩn đoán.
Giao diện người-máy sử dụng màn hình cảm ứng màu 15 inch (TPC1571) của Beijing Kunlun Tongtai. Các cài đặt liên quan đến chương trình có thể được nhập qua bàn phím cảm ứng, và các tham số sản phẩm đã được xác minh và lưu trữ (có khả năng tải và đọc hơn 50 loại tham số quy trình) có thể được truy vấn và in bất kỳ lúc nào. Thời gian chu kỳ (thời gian nhập trực tiếp) và chiều dài vật liệu có thể được đặt trên màn hình này, và màn hình có thể tự động ghi lại số lượng vật liệu nhiệt độ thấp, vật liệu đủ tiêu chuẩn và vật liệu nhiệt độ cao.
Hoạt động được chia thành hai chế độ: tự động và thủ công, được chuyển đổi bằng công tắc chọn hai vị trí. Ở chế độ tự động, toàn bộ thiết bị có thể được khởi động và dừng chỉ bằng các nút khởi động và dừng; ở chế độ thủ công, các chức năng khác nhau có thể được khởi động riêng lẻ bằng các nút, với tất cả các thao tác được thực hiện trên màn hình cảm ứng.
Chức năng nhận dạng lỗi thông minh hiển thị nội dung lỗi và cung cấp các giải pháp tương ứng khi xảy ra lỗi vận hành hoặc báo động điều kiện làm việc đặc biệt, cho phép người vận hành nhanh chóng xử lý hơn 90% các lỗi phổ biến. Tủ nguồn tần số trung bình được trang bị bảng chẩn đoán lỗi. Khi hệ thống gặp sự cố như quá áp, quá dòng, mất nước hoặc hỏng cầu chì, nó sẽ dừng máy ngay lập tức và tự động ngắt công tắc nguồn chính.
Chế độ làm việc ban đầu: Khi mỗi ca bắt đầu, hệ thống gia nhiệt cảm ứng vừa mới khởi động và nhiệt độ bên trong lò cảm ứng là nhiệt độ ban đầu. Để giảm thiểu việc tạo ra vật liệu nhiệt độ thấp, chế độ này tăng hoặc duy trì công suất tương ứng theo nhịp độ hoặc tốc độ khi vật liệu được gia nhiệt được cấp liệu theo nhịp độ hoặc tốc độ, đảm bảo mỗi thanh đạt đến nhiệt độ rèn.
Chế độ menu: Khi người dùng gia nhiệt lại phôi, họ chỉ cần nhập số đơn hàng vào menu, và hệ thống gia nhiệt cảm ứng sẽ tự động chạy theo dữ liệu gia nhiệt trong menu mà không cần điều chỉnh thủ công, đảm bảo tính nhất quán về chất lượng gia nhiệt sản phẩm.
Chế độ làm sạch lò: Khi cần làm sạch lò sau công việc trong ngày, chỉ cần kích hoạt chế độ làm sạch lò sẽ khiến cơ cấu cấp liệu đẩy vật liệu giả trống vào buồng lò theo nhịp độ đã đặt, với công suất giảm dần, tối đa hóa tiết kiệm năng lượng trong quá trình làm sạch lò.
