I. Latar Belakang Proyek dan Logika Pencocokan Kapasitas

Studi kasus ini melibatkan lini produksi pemanasan induksi paduan aluminium, memproses batang paduan aluminium A6061 dan 5083-H111 dengan diameter Ø245 mm dan panjang 500 mm, masing-masing berat 68,406 kg.

Jalur penurunan perhitungan desain kapasitas adalah sebagai berikut: dengan waktu siklus 246 detik per buah, membagi 3600 detik dengan 246 detik menghasilkan 14,634 buah per jam; mengalikan 14,634 buah dengan berat per buah 68,406 kg menghasilkan kapasitas keluaran sekitar 1.000 kg per jam. Rantai perhitungan ini menunjukkan bahwa waktu siklus adalah parameter dasar untuk konfigurasi daya seluruh lini produksi, kecepatan mekanisme konveyor, dan logika penyortiran – bukan indikator yang dapat disesuaikan secara sewenang-wenang.

Persyaratan suhu pemanasan adalah 480 hingga 495°C, dengan deviasi yang diizinkan ±15°C. Rentang suhu operasi yang diberikan dalam proposal peralatan adalah 460 hingga 480°C, menunjukkan sedikit pergeseran dari rentang persyaratan proses pembeli. Perbedaan ini biasanya memerlukan konfirmasi kalibrasi selama tahap komisioning berdasarkan proses penempaan aktual.

II. Konfigurasi Sistem Catu Daya

Catu daya pemanasan menggunakan catu daya IGBT digital penuh, model IGBT300/0.15, dengan daya terukur 300 kW dan frekuensi nominal 0,15 kHz, yaitu 150 Hz. Faktor daya sistem melebihi 0,9.

Inverter menggabungkan thyristor cepat dengan modul IGBT, dengan tegangan input 380V dan tegangan output 1000V. Program kontrol menampilkan regulasi tegangan otomatis. Perangkat pelindung mencakup kondisi arus berlebih, tegangan berlebih, grounding, sekering cepat, kelainan frekuensi, dan kelainan air pendingin.

Kumparan induksi terbuat dari tabung tembaga dengan kemurnian tidak kurang dari 99,9% dan ketebalan dinding tidak kurang dari 2,0 mm, menggunakan tabung tembaga bebas oksigen yang ditarik dingin Luoyang Copper T2. Setelah penggulungan, kumparan menjalani pencucian asam, impregnasi pernis isolasi suhu tinggi, dan pengeringan tungku resistansi untuk memastikan isolasi yang baik, dengan tegangan tahan (terhadap tanah) tidak kurang dari 5000V. Umur desain kumparan tidak kurang dari 8.000 jam. Lapisan tungku menggunakan tabung baja tahan karat austenitik.

III. Pemilihan Frekuensi dan Karakteristik Beban

Frekuensi nominal peralatan ini adalah 150 Hz, termasuk dalam rentang pemanasan induksi frekuensi menengah. Dalam beban resonansi paralel, setelah nilai induktansi L dan kapasitor kompensasi ditentukan, frekuensi resonansi alami juga ditentukan. Saat impedansi beban (induktor) berubah, frekuensi alami juga bergeser – frekuensi lebih rendah saat tungku kosong atau beban ringan, dan lebih tinggi saat tungku terisi penuh dengan material dingin.

Karakteristik beban ini menimbulkan persyaratan untuk fase startup: semakin dekat frekuensi startup dengan frekuensi beban aktual, semakin tinggi tingkat keberhasilan startup. Metode startup sapuan frekuensi yang diadopsi dalam proposal mengirimkan serangkaian frekuensi yang mencakup rentang variasi frekuensi beban untuk memulai peralatan, tidak terpengaruh oleh perubahan beban, sehingga meningkatkan keandalan startup. Peralatan menggunakan kontrol pelacakan frekuensi otomatis selama operasi, tidak memerlukan penyesuaian manual; ketika digunakan dalam pita frekuensi yang berbeda, cukup menghubungkan bank kapasitor kompensasi yang sesuai menyesuaikan ke nilai impedansi yang sesuai.

IV. Parameter Sistem Air Pendingin

Persyaratan suhu masuk air pendingin adalah 5 hingga 35°C, suhu keluar di bawah 55°C, dan tekanan kerja 0,2 hingga 0,3 MPa. Laju aliran air pendingin untuk bagian catu daya adalah 7,5 m³/jam, dan untuk bagian badan tungku adalah 37,5 m³/jam, dengan total kebutuhan air 45 m³/jam. Metode pendinginan menggunakan menara pendingin sirkuit tertutup.

Logika tata letak sirkuit air internal kabinet daya layak mendapat penjelasan terpisah: semua selang terbuat dari karet bebas karbon, dan panjang jalur air antara komponen dijaga setidaknya 1,5 hingga 2 meter untuk menghindari ketidakstabilan peralatan yang disebabkan oleh kontaminasi silang antar komponen melalui jalur air. Pipa merah digunakan untuk air balik (air panas) dan pipa biru untuk air masuk (air dingin), untuk membedakan arah aliran dengan cepat. Tangki air logam internal menggunakan baja tahan karat 304 untuk pasokan air terpusat. Sensor suhu dipasang pada semua pipa cabang dan diberi nomor; ketika suhu air abnormal, sistem kontrol akan berbunyi alarm dan menampilkan nomor jalur air yang rusak pada layar sentuh.

V. Mekanisme Konveyor dan Penyortiran Mekanis

Batang ditempatkan dengan rapi di platform penyimpanan secara manual. Mekanisme pemutar memutar batang ke dalam saluran umpan sesuai dengan ritme pemanasan. Mekanisme pengumpanan adalah sistem pengumpanan silinder yang memberi makan dengan kecepatan seragam sesuai dengan ritme.

Ujung pembuangan dilengkapi dengan perangkat pembuangan cepat yang terdiri dari rol poros heksagonal berpendingin air dan rantai konveyor, dengan gaya yang cukup untuk mencegah material terbalik, dan kekuatan struktural serta ketahanan suhu tinggi memenuhi kebutuhan berbagai spesifikasi material dalam proyek ini.

Mekanisme penyortiran adalah desain tiga bagian yang dapat dengan cepat, akurat, dan tepat waktu memisahkan material bersuhu rendah dan bersuhu tinggi, membawanya ke wadah masing-masing melalui saluran. Suhu penempaan awal tempa harus dikontrol antara 480 dan 495°C (pengaturan dapat disesuaikan sesuai proses pelanggan). Tempa dalam rentang suhu ini melanjutkan ke langkah pemrosesan berikutnya; tempa di bawah atau di atas suhu penempaan disortir ke dalam wadah yang berbeda, dengan tingkat penyortiran 100%.

VI. Pengukuran Suhu dan Kontrol Suhu

Instrumen pengukuran suhu paduan aluminium khusus dipasang di outlet tungku induktor. Sebuah lubang dibuat di sisi tungku pada jarak tertentu dari outlet, dan instrumen pengukuran suhu paduan aluminium khusus dipasang untuk memenuhi kebutuhan pengukuran suhu dalam kondisi kerja yang berbeda. Ketika perbedaan suhu instrumen pengukur terlalu besar atau suhu abnormal, alarm audio dan visual akan dipicu.

Suhu penempaan awal dapat ditampilkan secara real-time pada antarmuka manusia-mesin dan tampilan layar besar. Pengukuran suhu menggunakan termometer inframerah, dilengkapi dengan fungsi tampilan dan penyimpanan suhu (periode penyimpanan 180 hari), dan perangkat alarm batas atas dan bawah. Perangkat pengukur suhu tidak terpengaruh oleh kerak oksida permukaan, debu, asap, atau uap air. Akurasi dan daya tahan perangkat pengukur suhu dijamin selama 12 bulan.

VII. Kontrol Listrik dan Antarmuka Manusia-Mesin

Kabinet kontrol mengadopsi kotak kontrol terintegrasi elektromekanis, terbuat dari papan berkekuatan tinggi dengan pelapis bubuk untuk mencegah oksidasi. Kabinet kontrol eksternal diproduksi sesuai dengan tingkat perlindungan tidak kurang dari IP54. Komponen listrik tegangan rendah utama di kabinet adalah merek Schneider Electric, pemutus sirkuit adalah Chint, kabel adalah kabel inti tembaga berkualitas tinggi, dan kabel sinyal adalah kabel berpelindung.

PLC adalah unit Siemens seri S7 dengan modul antarmuka komunikasi Profinet, dan desain program mencakup sistem umpan balik informasi kesalahan dan diagnosis mandiri.

Antarmuka manusia-mesin mengadopsi layar sentuh warna 15 inci (TPC1571) dari Beijing Kunlun Tongtai. Pengaturan terkait program dapat dimasukkan melalui keyboard sentuh, dan parameter produk yang terverifikasi dan tersimpan (mampu memuat dan membaca lebih dari 50 jenis parameter proses) dapat ditanyakan dan dicetak kapan saja. Waktu siklus (waktu input langsung) dan panjang material dapat diatur pada layar ini, dan layar dapat secara otomatis mencatat jumlah material bersuhu rendah, material berkualitas, dan material bersuhu tinggi.

Operasi dibagi menjadi dua mode: otomatis dan manual, dialihkan melalui sakelar pemilih dua posisi. Dalam mode otomatis, seluruh perangkat dapat dimulai dan dihentikan hanya dengan menggunakan tombol mulai dan berhenti; dalam mode manual, berbagai fungsi dapat dimulai secara individual menggunakan tombol, dengan semua operasi dilakukan pada layar sentuh.

Fungsi identifikasi kesalahan cerdas menampilkan konten kesalahan dan memberikan solusi yang sesuai ketika terjadi kesalahan operasi atau alarm kondisi kerja khusus, memungkinkan operator untuk dengan cepat menangani lebih dari 90% kesalahan umum. Kabinet catu daya frekuensi menengah dilengkapi dengan panel diagnosis kesalahan. Ketika sistem mengalami kesalahan seperti tegangan berlebih, arus berlebih, mati air, atau kegagalan sekering, sistem akan segera menghentikan mesin dan secara otomatis memutuskan sakelar daya utama.

VIII. Mode Kerja Khusus untuk Perusahaan Penempaan

Mode kerja awal: Ketika setiap shift dimulai, sistem pemanasan induksi baru saja dimulai dan suhu di dalam tungku induktor adalah suhu awal. Untuk mengurangi pembentukan material bersuhu rendah, mode ini meningkatkan atau mempertahankan daya sesuai dengan ritme atau kecepatan ketika material yang dipanaskan diberi makan dalam ritme atau kecepatan, memastikan bahwa setiap batang mencapai suhu penempaan.

Mode menu: Ketika pengguna memanaskan ulang billet, mereka hanya perlu memasukkan nomor pesanan di menu, dan sistem pemanasan induksi berjalan secara otomatis sesuai dengan data pemanasan di menu tanpa penyesuaian manual, memastikan konsistensi kualitas pemanasan produk.

Mode pembersihan tungku: Ketika pembersihan tungku diperlukan setelah pekerjaan hari itu, cukup mengaktifkan mode pembersihan tungku menyebabkan mekanisme pengumpanan mendorong material dummy kosong ke dalam ruang tungku sesuai dengan ritme yang ditetapkan, dengan daya yang berangsur-angsur berkurang, memaksimalkan penghematan energi selama proses pembersihan tungku.