CN113416833A - 一种钢轨焊缝热处理控制系统及热处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种钢轨焊缝热处理控制系统及热处理方法，本发明系统设置三个测温元件同时监测轨头温度以及两个底角（c1）、（c2）在高频正火中的温度，以及两个底角（c1）、（c2）的奥氏体化时间，五个参数全面监测，解决轨头满足正火要求时，而两个底角和三角区不达标的问题；设置第四测温元件和风压传感器监测喷风冷却过程中轨头温度和工作风压，并调控工作风压在设定区间；使得喷风冷却过程实现精准监控；全新的控制系统中，正火完成后自动喷风，使每个焊缝的时间间隔都一致，且无人为的干扰，并且使用变频器控制，使喷风的位置比人工操作更精准；本发明系统通过程序控制在满足每一步工艺条件后自动执行下一步的动作,减少人工操作带来的误差。

Description

一种钢轨焊缝热处理控制系统及热处理方法
技术领域
本发明涉及钢轨焊缝热处理领域，特别涉及一种钢轨焊缝热处理控制系统及热处理方法。
背景技术
钢轨焊缝热处理工艺采用电磁感应加热方式，其原理为高速变化的交流电流通过加热线圈时，线圈会产生高速变化的交变磁场，当置于磁场中的钢轨不动，而磁场随时间变化时，钢轨中的载流子将在涡旋电场作用下运动而形成电流，因为钢轨的电阻很小，所以磁场在钢轨中产生较强的涡流，涡流产生大量的热量，钢轨温度迅速升高，达到加热的目的。
如图1所示是钢轨断面图，因钢轨断面属于异形特殊形状，以及电流集肤效应，钢轨焊缝在整个钢轨截面不同位置温度分布不均匀，特别是轨头（a）轨底三角区（b）、轨两侧底角（c1、c2）温度偏差较大，进而导致各部位晶粒度不一致，形成不同的晶界，导致超声波探伤产生异常反射波或杂波；所以，钢轨多位置精准温度控制系统就显得尤为重要。为此我单位在现有一套钢轨焊缝热处理装置的基础上改进设计，自主研发一种新型的钢轨焊缝热处理控制系统及热处理方法。
发明内容
为解决现有钢轨焊缝热处理装置自动化程度较低导致的温度控制不精准的问题，本发明提供了一种自动化较高的热处理控制系统及热处理方法。
本发明采用的技术方案如下：一种钢轨焊缝热处理控制系统,具有控制钢轨焊缝热处理装置按工艺指令对钢轨焊缝执行热处理动作的控制器，还包括：
正火处理子系统，包括三个测温元件和第一模/数转换模块，以及被控对象双频正火机；第一模/数转换模块连接三个测温元件和控制器，将三个测温元件检测到的模拟量信号转换为数字量信号并发送至控制器处理；控制器连接双频正火机，控制双频正火机执行低频正火工艺和高频正火工艺；三个测温元件中，第一测温元件用于检测焊缝处轨头（a）的温度，第二测温元件用于检测焊缝处左下底角（c1）的温度，第三测温元件用于检测焊缝处右下底角（c2）的温度。
喷风冷却子系统，包括第四测温元件、风压传感器、第二模/数转换模块，以及被控对象喷风装置；第二模/数转换模块连接第四测温元件、风压传感器和控制器，将第四测温元件和风压传感器检测到的模拟量信号转换为数字量信号并发送至控制器处理；控制器连接喷风装置执行喷风冷却工艺，并通过控制喷风装置中喷风管道上的电磁阀控制风压大小。
走行子系统，包括变频器和走行装置，变频器连接控制器和走行装置的行走电机，控制走行装置走形或停止。
还包括工业PC，显示屏,远程PC；工业PC连接控制器和显示屏，并与远程PC通过DDE协议通信；在远程PC上存储各个钢种热处理工艺参数；在工业PC上选择生产的钢种，系统通过DDE协议读取远程PC上的各个参数，并保存到工业PC的内部变量中，工业PC发送工艺控制指令至控制器控制相应执行机构动作；工业PC和显示屏用于提供合适的人机界面，将可编程控制器反馈的数据进行可视化处理，供操作人员对设备进行监视和控制。
一种钢轨焊缝热处理方法，用于控制钢轨焊缝热处理装置按工艺指令对钢轨焊缝执行热处理动作，包括上述的钢轨焊缝热处理控制系统；在远程PC上存储各个钢种热处理工艺参数；热处理工艺参数包括，
双频正火机执行低频正火工艺和高频正火工艺的主要参数标准：正火起始温度Ta，低频正火标准时长ta，正火变频温度Tb，高频正火标准时长tb，轨头正火完成温度Tc，底角（c1）正火完成温度Td，底角（c1）奥氏体化持续时间tc，底角（c2）正火完成温度Te，底角（c2）奥氏体化持续时间td；其中底角（c1）奥氏体化持续时间tc为底角（c1）温度达到Td开始到完成高频正火的时间；底角（c2）奥氏体化持续时间td为底角（c2）温度达到Te开始到完成高频正火的时间；
还包括，喷风装置执行喷风冷却工艺的主要参数标准：喷风起始温度Tf，风压上限值WPH，风压下限值WPL，喷风时长te，喷风结束温度Tg。
上述钢轨焊缝热处理方法的工艺流程如下,
步骤一，在工业PC上选择生产的钢种，系统通过DDE协议读取远程PC上设定的参数，并保存到工业PC的内部变量中；
步骤二，启动系统，系统检测焊缝处轨头温度T1并与选定钢种设定的正火起始温度Ta进行大小比较，判断是否执行低频正火；当T1≤Ta，控制器控制双频正火机执行低频正火；当T1＞Ta，系统报警，先用喷风装置对焊缝喷风冷却直至焊缝处轨头温度小于正火起始温度，再回到正火线圈对准焊缝位置进行低频正火；
步骤三，低频正火时间达到设定的低频正火标准时长ta，检测焊缝处轨头温度T2并与选定钢种设定的正火变频温度Tb进行大小比较，判断是否进行高频正火；满足设定的低频正火标准时长ta，且T2≥Tb，控制器控制双频正火机执行高频正火；否则，系统报警提示不符合工艺要求；
步骤四，高频正火时间到达设定的高频正火标准时长tb；检测焊缝处轨头温度T3、以及两个底角（c1）、（c2）温度T4、T5；此外，当底角（c1）温度达到Td开始计时，到完成高频正火停止计时，记录时间tc’；当底角（c2）温度达到Te开始计时，到完成高频正火停止计时，记录时间td’；将上述检测数值与选定钢种设定的Tc、Td、Te、tc、td各自进行大小比较，判断是否完成高频正火；满足设定的高频正火标准时长tb，且同时满足T3≥Tc，T4≥Td，T5≥Te,tc’≥tc，td’≥td，高频正火完成；否则系统报警；
步骤五，高频正火完成，控制器控制走行装置走行使得喷风装置对准钢轨焊缝并进行喷风冷却处理；该过程中，起始时，检测焊缝处轨头温度T6并与选定钢种设定的喷风起始温度Tf进行大小比较；当T6≥Tf，喷风装置启动进行喷风冷却过程；当T6＜Tf，系统报警提示不符合工艺要求；喷风冷却过程中，设定的工作风压WP1满足WPH≥WP1≥WPL条件；喷风冷却到达设定的喷风时长te，检测焊缝处轨头温度T7与设定喷风结束温度Tg进行大小比较；满足设定的喷风时长te，且T7小于Tg，喷风冷却工艺完成；否则系统报警提示不符合工艺要求。
本发明的有益效果在于：本发明系统与传统工艺相比有如下优势：
（1）本发明系统通过程序控制在满足每一步工艺条件后自动执行下一步的动作；减少人工操作带来的误差；
（2）设置三个测温元件同时监测轨头温度以及两个底角（c1）、（c2）在高频正火中的温度，以及两个底角（c1）、（c2）的奥氏体化时间，五个参数全面监测，解决轨头满足正火要求时，而两个底角不达标的问题；
（3）设置第四测温元件和风压传感器监测喷风冷却过程中轨头温度和工作风压，并调控工作风压在设定区间；使得喷风冷却过程实现精准监控；
（4）设置报警系统，出现不达标状况及时提醒操作人员；
（5）全新的控制系统中，正火完成后自动喷风，使每个焊缝的时间间隔都一致，且无人为的干扰，并且使用变频器控制，使喷风的位置比人工操作更精准。
附图说明
图1是钢轨断面图。
图2是现有一种钢轨焊缝热处理装置的结构示意图。
图3是钢轨焊缝位于两个感应加热线圈之间夹缝内的示意图。
图4是钢轨穿过正火线圈的示意图。
图5是四个测温元件的实际安装位置示意图。
图6是第一、第二、第三测温元件安装位置示意图。
图7是钢轨穿过喷风装置的示意图。
图8是本发明控制系统硬件连接关系框图。
图9是本发明控制系统对焊缝进行热处理的工艺流程图。
图10/12/13/16所示，分别是包钢、60N、U75V热轧钢轨经传统工艺处理后轨头（a）、两种轨底三角区（b）、轨两侧底角（c1）的晶粒度图。
图11/14/15/17所示，分别是包钢、60N、U75V热轧钢轨采用本发明系统处理后轨头（a）、两种轨底三角区（b）、轨两侧底角（c1）的晶粒度图。
图18为传统工艺洛氏硬度分析图。
图19为本发明工艺洛氏硬度分析图。
图中：钢轨1，辊道输送线2，走行装置3，双频正火机4，喷风装置5，正火线圈6，夹缝7，第一测温元件8，第二测温元件9，第三测温元件10，第一支架11，安装座12，转动座13，第四测温元件14，第二支架15，壳体16，喷风口17，开孔18。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍，以下所述，仅用以说明本发明的技术方案而非限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量；由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通；对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例
如图2所示，现有一种钢轨焊缝热处理装置包括辊道输送线2、走行装置3、走行装置3上搭载有KGPS-III-3型钢轨双频正火机4、喷风装置5，以及正火线圈6，钢轨1经辊道输送线2运输垂直穿过正火线圈6和喷风装置5（如图3、4、7所示）。如图3、4所示，本实施例中正火线圈6包括两个平行设置的的感应加热线圈，两个感应加热线圈之间留有检测用的夹缝7，当钢轨焊缝位于夹缝7所在位置时进行热处理；热处理后，走行装置3沿着钢轨1移动，使得钢轨焊缝位于喷风装置5内时进行喷风冷却。
如图8所示为本发明控制系统硬件连接关系框图，本发明设计的钢轨焊缝热处理控制系统主要包括：控制器、正火处理子系统、喷风冷却子系统、走行子系统等，下面将结合附图作详细介绍。
控制器，控制器安装在配电柜内，用于控制整个热处理系统执行设定的工艺指令；具体可选用规格型号为西门子S7-200、224XPCN的PLC。
正火处理子系统，包括三个测温元件（为了方便理解分别命名为第一测温元件8、第二测温元件9、第三测温元件10）和第一模/数转换模块，以及被控执行对象双频正火机4；第一模/数转换模块连接三个测温元件和控制器，用于将三个测温元件检测到的模拟量信号转换为数字量信号并发送至控制器处理；控制器连接双频正火机4，控制双频正火机4执行低频正火工艺和高频正火工艺；
上述三个测温元件中，第一测温元件8用于检测焊缝处轨头（a）的温度，第二测温元件9用于检测焊缝处左下底角（c1）的温度，第三测温元件10用于检测焊缝处右下底角（c2）的温度（如图6所示）；
如图2、5所示，本发明上述三个测温元件的实际安装位置如下：走行装置3上设置第一支架11，第一支架11为矩形框架结构，左、右两侧设有安装座12，左侧安装座12外侧面通过转动座13连接第二测温元件9，第二测温元件9通过转动座13调节角度以对准底角（c1）；右侧安装座12外侧面通过转动座13连接第三测温元件10，第三测温元件10通过转动座13调节角度以对准底角（c2），右侧安装座12内侧面通过转动座13连接第一测温元件8，第一测温元件8通过转动座13调节角度以对准轨头（a）。
喷风冷却子系统，包括第四测温元件14、风压传感器、第二模/数转换模块，以及被控对象喷风装置5；第二模/数转换模块连接第四测温元件14、风压传感器和控制器，用于将第四测温元件14和风压传感器检测到的模拟量信号转换为数字量信号并发送至控制器处理；控制器连接喷风装置5执行喷风冷却工艺，并通过控制喷风装置5中喷风管道上的电磁阀控制风压大小。
如图2、7所示，本发明第四测温元件14的实际安装位置如下：走行装置3上设置第二支架15，第二支架15通过转动座13连接第四测温元件14，第四测温元件14通过转动座13调节角度以对焊缝处准轨头（a）；喷风装置5外侧为壳体16结构，内部设置有喷风口17，如图中所示，具体设有一个顶部喷风口17和两个左右对称布设的喷风口17，壳体16右上角开孔18，第四测温元件14能够穿过开孔18检测到焊缝处轨头（a）的温度。风压传感器安装在喷风装置5的供风管道上（未展示），实时检测喷风作业时风压值大小。
走行子系统，包括变频器和走行装置3，变频器连接控制器和走行装置3的行走电机，控制走行装置3走形或停止。
此外还包括工业PC，显示屏,远程PC等；工业PC连接控制器和显示屏，并与远程PC通过DDE协议通信；工艺管理员在远程PC上存储各个钢种热处理工艺参数；操作人员在工业PC上选择生产的钢种，系统通过DDE协议读取远程PC上的各个参数，并保存到工业PC的内部变量中，工业PC发送工艺控制指令至控制器控制相应执行机构动作；工业PC和显示屏用于提供合适的人机界面，将可编程控制器反馈的数据进行可视化处理，供操作人员对设备进行监视和控制。本发明中被控执行机构主要涉及上述双频正火机4、喷风装置5以及走行装置3。
优选的，上述四个测温元件可以选用规格型号为GSHL1N（300-1400℃）、4-20mA的红外测温探头；第一模/数转换模块和第二模/数转换模块具体可选用西门子、EM231CN模拟量转换成数字量模块。
请参照图9所示，下面详细介绍应用本发明控制系统对焊缝进行热处理的方法：
步骤一，工艺管理员在远程PC上存储各个钢种热处理工艺参数；操作人员在工业PC上选择生产的钢种，系统通过DDE协议读取远程PC上的各个参数，并保存到工业PC的内部变量中；具体的热处理工艺参数如下表1所示，表中列举了三种钢的热处理工艺参数标准：
包括，正火起始温度Ta，低频正火标准时长ta，正火变频温度Tb，高频正火标准时长tb，轨头正火完成温度Tc，底角（c1）正火完成温度Td，底角（c1）奥氏体化持续时间tc，底角（c2）正火完成温度Te，底角（c2）奥氏体化持续时间td；
以上是双频正火机执行低频正火工艺和高频正火工艺的主要参数标准，需要说明的是，其中底角（c1）奥氏体化持续时间tc为底角（c1）温度达到Td开始到完成高频正火的时间（即轨头温度达到Tc）的时间；底角（c2）奥氏体化持续时间td为底角（c2）温度达到Te开始到完成高频正火（即轨头温度达到Tc）的时间；
还包括，喷风起始温度Tf，风压上限值WPH，风压下限值WPL，喷风时长te，喷风结束温度Tg；
以上是喷风装置执行喷风冷却工艺的主要参数标准。
表1
Figure DEST_PATH_IMAGE002
步骤二，操作人员通过工业PC上开始按钮启动系统；
首先，系统检测焊缝处轨头温度T1并与选定钢种设定的正火起始温度Ta进行大小比较，判断是否进行低频正火；
当T1≤Ta，控制器控制双频正火机执行低频正火；
当T1＞Ta，系统报警，先用喷风装置对焊缝喷风冷却直至焊缝处轨头温度小于正火起始温度，再回到正火线圈对准焊缝位置进行低频正火；
本发明中，该步骤具体的工作流程方式有两种，如下：
方式一：钢轨焊缝初始位置在正火线圈作业位,第一测温元件检测焊缝处轨头温度T1并与选定钢种设定的正火起始温度Ta进行比较；当T1＜Ta，控制器控制双频正火机执行低频正火；当T1≥Ta，控制器控制走行装置走行使得喷风装置对准钢轨焊缝并进行喷风冷却，直至第四测温元件检测到焊缝处轨头温度T1小于正火起始温度Ta；之后走行装置走行回到正火线圈对准焊缝作业位，进行低频正火。
方式二：钢轨焊缝初始位置在喷风装置作业位,第四测温元件检测焊缝处轨头温度T1并与选定钢种设定的正火起始温度Ta进行比较；当T1＜Ta，走行装置走行使得正火线圈对准焊缝作业位，进行低频正火；当T1≥Ta，喷风装置对准钢轨焊缝进行喷风冷却，直至第四测温元件检测到焊缝处轨头温度T1小于正火起始温度Ta；之后走行装置走行到正火线圈对准焊缝作业位，进行低频正火。
上述两种工作流程方式任选其一。
步骤三，低频正火时间达到设定的低频正火标准时长ta，检测焊缝处轨头温度T2并与选定钢种设定的正火变频温度Tb进行大小比较，判断是否进行高频正火；
满足设定的低频正火标准时长ta，且T2≥Tb，控制器控制双频正火机执行高频正火；
否则，系统报警提示不符合工艺要求。
步骤四，高频正火时间到达设定的高频正火标准时长tb；检测焊缝处轨头温度T3、以及两个底角（c1）、（c2）温度T4、T5；此外，当底角（c1）温度达到Td开始计时，到完成高频正火停止计时，记录时间tc’；当底角（c2）温度达到Te开始计时，到完成高频正火停止计时，记录时间td’；（系统配套的计时系统实现该功能）
将上述检测数值与选定钢种设定的Tc、Td、Te、tc、td各自进行大小比较，判断是否完成高频正火；
满足设定的高频正火标准时长tb，且同时满足T3≥Tc，T4≥Td，T5≥Te,tc’≥tc，td’≥td，高频正火完成；否则系统报警。
高频正火完成，系统判断各项参数指标都符合工艺要求后，控制器控制走行装置走行使得喷风装置对准钢轨焊缝并进行喷风冷却处理；该过程中，起始时，检测焊缝处轨头温度T6并与选定钢种设定的喷风起始温度Tf进行大小比较；
当T6≥Tf，喷风装置启动进行喷风冷却过程；
当T6＜Tf，系统报警提示不符合工艺要求。
喷风冷却过程中，设定的工作风压WP1满足WPH≥WP1≥WPL条件，一般选定风压范围的中间值执行；当风压传感器检测到工作风压WP1＞WPH或WP1＜WPL时，系统控制喷风装置电磁阀进而控制风压大小符合工艺标准，即调整风压满足WPH≥WP1≥WPL的设定；
喷风冷却到达设定的喷风时长te，检测焊缝处轨头温度T7与设定喷风结束温度Tg进行大小比较；
满足设定的喷风时长te，且T7小于Tg，喷风冷却工艺完成；
否则系统报警提示不符合工艺要求。
现有钢轨焊缝热处理工艺中，均使用一个测温探头测量轨头温度，操作流程如下：
①、根据生产的钢轨型号，选择相应的热处理工艺，把热处理工艺参数一一手动填写到系统中，然后再手动调整风压调节阀，使风压符合工艺的要求。
②、钢轨焊缝停留在设备中后，首先人工选择辊道“禁止”状态，然后通过设备走行使正火线圈对正于钢轨焊缝。
③、按下“正火”按钮开始加热作业，加热过程完成后，人工手动走行设备，使设备上的喷风装置对正于钢轨焊缝，按下“喷风”按钮开始进行喷风作业。
④、喷风作业过程中，如风压不稳定，需人工及时、反复的手动调节风压阀，使之符合要求。
现有工艺过程主要存在如下问题：
（1）由于仅仅使用一个测温探头测量轨头温度，没有同时监测两个底角（c1）、（c2）在高频正火中的温度、以及两个底角（c1）、（c2）的奥氏体化时间，如果两个底角温度出现异常也无法得到反馈，底角两侧性能不发被监测，经常出现钢轨轨底角性能不符合要求问题，如晶粒度小不达标，硬度不达标等问题。
（2）正火作业完成后，由人工进行移动设备使焊缝对正喷风装置；由于人工移动时间不统一、不规范，导致喷风前的温度不一致，导致焊缝组织转变比例不同，易出现明显晶界。
（3）喷风过程中，风压波动会影响焊缝的硬度力学性能；人工调节频繁且不精准，同样导致组织降温速度不稳定，导致钢轨焊缝的硬度等各项性能变差。
本发明钢轨焊缝热处理控制系统与传统工艺处理相同钢种数据对比如下表2所示，以包钢、60N、U75V热轧钢轨为例，
Figure DEST_PATH_IMAGE004
晶粒度对比
采用金相显微镜对钢轨焊缝晶粒度进行检测。
如图10/12/13/16所示，分别是包钢、60N、U75V热轧钢轨经传统工艺处理后轨头（a）、两种轨底三角区（b）、轨两侧底角（c1）的晶粒度图；
如图11/14/15/17所示，分别是包钢、60N、U75V热轧钢轨采用本发明系统处理后轨头（a）、两种轨底三角区（b）、轨两侧底角（c1）的晶粒度图；
晶粒度满级为10级，等级越高性能越好；
如图10所示，传统工艺处理后轨头（a）晶粒度为9级；如图11所示本发明系统处理后轨头（a）晶粒度为9.5级；
如图12、13所示，传统工艺处理后轨底三角区（b）晶粒度会出现两种常见问题，图12中晶粒度为5.5级，表现为晶粒粗大；图13中晶粒度为6.5+8级，表现为混晶；如图14/15所示为本发明系统处理后轨底三角区（b）晶粒度图；图14中晶粒度8级，图15中晶粒度9级；
如图16所示传统工艺处理后轨底角（c1）晶粒度为8级，图17所示是本发明系统处理后轨底角（c1）晶粒度为9级；
传统工艺钢轨焊缝存在晶粒粗大、混晶的现象；通过本发明的控制系统处理，改善了焊缝晶粒度的状态，有效减少了晶粒粗大和混晶现象的发生。
硬度对比
采用洛氏硬度计对钢轨焊接接头进行洛氏硬度检测，得到洛氏硬度分析图如图18、19所示，其中图18为传统工艺、图19为本发明工艺；技术标准为：软化区宽度标准为w≤20mm；焊接接头的硬度平均值与钢轨母材的硬度平均值的比值0.95≤Hj/Hp≤1.10；
从图18图中数据可知，传统工艺处理的焊缝存在如下问题：
（1）软化区宽度大于w>20mm标准，
（2）焊接接头的硬度平均值与钢轨母材的硬度平均值的比值Hj/Hp=0.88不符合技术标准；
从图19中数据可知，本发明工艺满足技术标准要求。
本发明系统与传统工艺相比有如下优势：
（6）本发明系统通过程序控制在满足每一步工艺条件后自动执行下一步的动作；减少人工操作带来的误差；
（7）设置三个测温元件同时监测轨头温度以及两个底角（c1）、（c2）在高频正火中的温度，以及两个底角（c1）、（c2）的奥氏体化时间，五个参数全面监测，解决轨头满足正火要求时，而两个底角不达标的问题；
（8）设置第四测温元件和风压传感器监测喷风冷却过程中轨头温度和工作风压，并调控工作风压在设定区间；使得喷风冷却过程实现精准监控；
（9）设置报警系统，出现不达标状况及时提醒操作人员；
（10）全新的控制系统中，正火完成后自动喷风，使每个焊缝的时间间隔都一致，且无人为的干扰，并且使用变频器控制，使喷风的位置比人工操作更精准。
尽管参照前述实例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种钢轨焊缝热处理控制系统,具有控制钢轨焊缝热处理装置按工艺指令对钢轨焊缝执行热处理动作的控制器，其特征在于，还包括，
正火处理子系统，包括三个测温元件和第一模/数转换模块，以及被控对象双频正火机；第一模/数转换模块连接三个测温元件和控制器，将三个测温元件检测到的模拟量信号转换为数字量信号并发送至控制器处理；控制器连接双频正火机，控制双频正火机执行低频正火工艺和高频正火工艺；三个测温元件中，第一测温元件用于检测焊缝处轨头a的温度，第二测温元件用于检测焊缝处左下底角c1的温度，第三测温元件用于检测焊缝处右下底角c2的温度；
喷风冷却子系统，包括第四测温元件、风压传感器、第二模/数转换模块，以及被控对象喷风装置；第二模/数转换模块连接第四测温元件、风压传感器和控制器，将第四测温元件和风压传感器检测到的模拟量信号转换为数字量信号并发送至控制器处理；控制器连接喷风装置执行喷风冷却工艺，并通过控制喷风装置中喷风管道上的电磁阀控制风压大小；
走行子系统，包括变频器和走行装置，变频器连接控制器和走行装置的行走电机，控制走行装置走形或停止。
2.根据权利要求1所述的钢轨焊缝热处理控制系统,其特征在于，三个测温元件的安装位置如下：走行装置上设置第一支架，第一支架上设有安装座，第一、二、三测温元件通过转动座安装在安装座上，并通过转动座调节角度以对准钢轨的轨头a、以及底角c1、c2。
3.根据权利要求1所述的钢轨焊缝热处理控制系统,其特征在于，第四测温元件的安装位置如下：走行装置上设置第二支架，第二支架通过转动座连接第四测温元件，喷风装置外侧为壳体结构，内部设置有喷风口，壳体上开孔，第四测温元件能够穿过开孔检测到焊缝处轨头a的温度。
4.根据权利要求1所述的钢轨焊缝热处理控制系统,其特征在于，还包括工业PC，显示屏,远程PC；工业PC连接控制器和显示屏，并与远程PC通过DDE协议通信；在远程PC上存储各个钢种热处理工艺参数；在工业PC上选择生产的钢种，系统通过DDE协议读取远程PC上的各个参数，并保存到工业PC的内部变量中，工业PC发送工艺控制指令至控制器控制相应执行机构动作；工业PC和显示屏用于提供合适的人机界面，将可编程控制器反馈的数据进行可视化处理，供操作人员对设备进行监视和控制。
5.根据权利要求1-4任一所述的钢轨焊缝热处理控制系统,其特征在于，控制器选用规格型号为西门子S7-200、224XPCN的PLC；四个测温元件选用规格型号为GSHL1N、300-1400℃、4-20mA的红外测温探头；第一模/数转换模块和第二模/数转换模块选用西门子、EM231CN模拟量转换成数字量模块。
6.一种钢轨焊缝热处理方法，用于控制钢轨焊缝热处理装置按工艺指令对钢轨焊缝执行热处理动作，包括如权利要求1-4任一项所述的钢轨焊缝热处理控制系统；其特征在于，在远程PC上存储各个钢种热处理工艺参数；热处理工艺参数包括，
双频正火机执行低频正火工艺和高频正火工艺的主要参数标准：正火起始温度Ta，低频正火标准时长ta，正火变频温度Tb，高频正火标准时长tb，轨头正火完成温度Tc，底角c1正火完成温度Td，底角c1奥氏体化持续时间tc，底角c2正火完成温度Te，底角c2奥氏体化持续时间td；其中底角c1奥氏体化持续时间tc为底角c1温度达到Td开始到完成高频正火的时间；底角c2奥氏体化持续时间td为底角c2温度达到Te开始到完成高频正火的时间；
还包括，喷风装置执行喷风冷却工艺的主要参数标准：喷风起始温度Tf，风压上限值WPH，风压下限值WPL，喷风时长te，喷风结束温度Tg。
7.根据权利要求6所述的钢轨焊缝热处理方法，其特征在于,工艺流程如下,
步骤一，在工业PC上选择生产的钢种，系统通过DDE协议读取远程PC上设定的参数，并保存到工业PC的内部变量中；
步骤二，启动系统，系统检测焊缝处轨头温度T1并与选定钢种设定的正火起始温度Ta进行大小比较，判断是否执行低频正火；当T1≤Ta，控制器控制双频正火机执行低频正火；当T1＞Ta，系统报警，先用喷风装置对焊缝喷风冷却直至焊缝处轨头温度小于正火起始温度，再回到正火线圈对准焊缝位置进行低频正火；
步骤三，低频正火时间达到设定的低频正火标准时长ta，检测焊缝处轨头温度T2并与选定钢种设定的正火变频温度Tb进行大小比较，判断是否进行高频正火；满足设定的低频正火标准时长ta，且T2≥Tb，控制器控制双频正火机执行高频正火；否则，系统报警提示不符合工艺要求；
步骤四，高频正火时间到达设定的高频正火标准时长tb；检测焊缝处轨头温度T3、以及两个底角c1、c2温度T4、T5；此外，当底角c1温度达到Td开始计时，到完成高频正火停止计时，记录时间tc’；当底角c2温度达到Te开始计时，到完成高频正火停止计时，记录时间td’；将上述检测数值与选定钢种设定的Tc、Td、Te、tc、td各自进行大小比较，判断是否完成高频正火；满足设定的高频正火标准时长tb，且同时满足T3≥Tc，T4≥Td，T5≥Te,tc’≥tc，td’≥td，高频正火完成；否则系统报警；
步骤五，高频正火完成，控制器控制走行装置走行使得喷风装置对准钢轨焊缝并进行喷风冷却处理；该过程中，起始时，检测焊缝处轨头温度T6并与选定钢种设定的喷风起始温度Tf进行大小比较；当T6≥Tf，喷风装置启动进行喷风冷却过程；当T6＜Tf，系统报警提示不符合工艺要求；喷风冷却过程中，设定的工作风压WP1满足WPH≥WP1≥WPL条件；喷风冷却到达设定的喷风时长te，检测焊缝处轨头温度T7与设定喷风结束温度Tg进行大小比较；满足设定的喷风时长te，且T7小于Tg，喷风冷却工艺完成；否则系统报警提示不符合工艺要求。
8.根据权利要求7所述的钢轨焊缝热处理方法，其特征在于,步骤二中，喷风冷却的工作流程为：钢轨焊缝初始位置在正火线圈作业位,第一测温元件检测焊缝处轨头温度T1并与选定钢种设定的正火起始温度Ta进行比较；当T1＜Ta，控制器控制双频正火机执行低频正火；当T1≥Ta，控制器控制走行装置走行使得喷风装置对准钢轨焊缝并进行喷风冷却，直至第四测温元件检测到焊缝处轨头温度T1小于正火起始温度Ta；之后走行装置走行回到正火线圈对准焊缝作业位，进行低频正火。
9.根据权利要求7所述的钢轨焊缝热处理方法，其特征在于,步骤二中，喷风冷却的工作流程为：钢轨焊缝初始位置在喷风装置作业位,第四测温元件检测焊缝处轨头温度T1并与选定钢种设定的正火起始温度Ta进行比较；当T1＜Ta，走行装置走行使得正火线圈对准焊缝作业位，进行低频正火；当T1≥Ta，喷风装置对准钢轨焊缝进行喷风冷却，直至第四测温元件检测到焊缝处轨头温度T1小于正火起始温度Ta；之后走行装置走行到正火线圈对准焊缝作业位，进行低频正火。
10.根据权利要求7所述的钢轨焊缝热处理方法，其特征在于,步骤五中，当风压传感器检测到工作风压WP1＞WPH或WP1＜WPL时，系统控制喷风装置电磁阀进而控制风压大小符合工艺标准。
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