《旋轉(zhuǎn)類零部件淬火熱處理電源技術(shù)指南》

ICS

CCS

T

團體標(biāo)準(zhǔn)

T/CIXXX-2023

旋轉(zhuǎn)類零部件淬火熱處理電源技術(shù)

指南

TechnicalGuideforQuenchingHeatTreatmentPowerSuppliesof

RotatingParts

（征求意見稿）

2023-X-X發(fā)布2023-X-X實施

中國國際科技促I進(jìn)會?發(fā)布

旋轉(zhuǎn)類零部件淬火熱處理電源技術(shù)指南

1適用范圍

本指南規(guī)定了旋轉(zhuǎn)類零部件淬火熱處理電源技術(shù)，適用以下應(yīng)用場景。

（1）采用單次逐個加工方式進(jìn)行；

（2）加熱工件尺寸大，工件淬火溫度精度范圍高，電源單次起振后連續(xù)穩(wěn)定工作時間

較長；

（3）加工過程中輸出能量能夠監(jiān)控，工藝參數(shù)可調(diào)節(jié)，同時可與無損探傷設(shè)備配合使

用；

（4）感應(yīng)加熱電源采用集成式水冷機組冷卻，電源控制系統(tǒng)可多機聯(lián)機工作。

2規(guī)范性引用文件

GB/T2900.23—2008電工術(shù)語工業(yè)電熱裝置

GB/T13324—2006熱處理設(shè)備術(shù)語

GB/T5959.1—2019電熱和電磁處理裝置的安全第1部分：通用要求

GB5959.3—2008電熱裝置的安全第3部分：對感應(yīng)和導(dǎo)電加熱裝置以及感應(yīng)熔煉裝

置的特殊要求

GB/T10066.31-2007電熱裝置的試驗方法第31部分：高頻感應(yīng)加熱裝置發(fā)生器輸出

功率的測定

GB/T10067.1—2019電熱和電磁處理裝置基本技術(shù)條件第1部分：通用部分

GB/T10067.3—2015電熱裝置基本技術(shù)條件第3部分：感應(yīng)電熱裝置

GB/T10067.31—2013電熱裝置基本技術(shù)條件第31部分：中頻無心感應(yīng)爐

GB/T10067.32—2013電熱裝置基本技術(shù)條件第32部分：電壓型變頻多臺中頻無心

感應(yīng)爐成套裝置

GB/T10067.34—2015電熱裝置基本技術(shù)條件第34部分：晶體管式高頻感應(yīng)加熱裝

置

JB/T5778-1991高頻感應(yīng)加熱電源裝置輸出功率.測量方法

3術(shù)語和定義

3.1

成套設(shè)備一般性要求

1）設(shè)備設(shè)計和制造按照質(zhì)量可靠、便于安裝維修、操作方便靈活原則進(jìn)行。

2）所有設(shè)備設(shè)施的主要零部件選用性能可靠穩(wěn)定的系列產(chǎn)品；

3）設(shè)備設(shè)施具有機械傳動裝置、液壓傳動裝置、潤滑裝置及電氣控制系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)合理、

1

穩(wěn)定耐用、安全可靠，操作簡單，維修方便；

4）設(shè)備設(shè)施所有移動和傳動部位應(yīng)有良好的潤滑；

5）設(shè)備設(shè)施具有足夠的剛度和耐磨性，在額定負(fù)荷下連續(xù)工作24小時，性能和精度穩(wěn)

定；

6）設(shè)備設(shè)施所有螺紋緊固件采用公制標(biāo)準(zhǔn)，配有維修使用的專用工具；

7）電氣設(shè)備應(yīng)符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，所有電器元件、導(dǎo)線都應(yīng)有標(biāo)牌和線號。

8）設(shè)備故障率：＜3%；

9）運行環(huán)境

供電：交流三相380V(±10%)，單相交流220V(±10%)，頻率50Hz；

壓縮供氣：0.4～0.7Mpa；

環(huán)境：溫度-5℃～40℃，相對濕度≤90%。

3.2

成套設(shè)備功能要求

1）機床工位數(shù)：1個；

2）機床要求由感應(yīng)器移動、升降總成、負(fù)載調(diào)整機構(gòu)、感應(yīng)器、噴水冷卻、轉(zhuǎn)臺總成

等組成，轉(zhuǎn)臺支撐臂及夾具要求采用不銹鋼材料制作；

3）變壓器滑臺總成采用交流伺服電機驅(qū)動和定位，移動速度和位置均可數(shù)字設(shè)定；

4）感應(yīng)器連接和冷卻水路采用快換接口，并具有機械鎖緊裝置；

5）機床控制系統(tǒng)具有工藝參數(shù)的輸入、工藝參數(shù)記錄等功能，能實現(xiàn)機床的運動參數(shù)

控制和開關(guān)量控制，包括淬火水、淬火電源的通斷、加熱功率及加熱時間、冷卻時間等，機

床具有多段式加熱淬火工藝控制功能；

6）機床的控制面板上需具有淬火液流量、多段加熱功率、淬火液及冷卻水的溫度顯示，

淬火液及冷卻水溫度能設(shè)定上下限與機床控制系統(tǒng)聯(lián)機實現(xiàn)上下限報警等功能；

7）機床潤滑采用自動潤滑；

8）感應(yīng)器相對不同直徑的工件前后位置可通過前后調(diào)節(jié)手輪裝置實現(xiàn)調(diào)節(jié)。

9）感應(yīng)器的固定調(diào)整支架結(jié)構(gòu)方便調(diào)整操作；

10）零部件的定位夾具具有可調(diào)性，滿足不同直徑零部件的定位要求，夾具采用不銹鋼

材料制作；

11）監(jiān)控系統(tǒng)：監(jiān)控系統(tǒng)可對加熱過程的各種參數(shù)進(jìn)行記錄，可以存儲程序和歷史加

工數(shù)據(jù)，可以實施參數(shù)打印。最大記錄速率超過500組/秒。通過曲線和數(shù)據(jù)顯示電源的

2

功率、電壓、電流值及加熱時間；可設(shè)置電源輸出功率上下限，具備超限報警功能。

3.3

機床技術(shù)參數(shù)

表1機床技術(shù)參數(shù)

項目功能及裝置要求

淬火零件直徑范圍350-1600mm

淬火零件最大回轉(zhuǎn)直徑1600mm

轉(zhuǎn)臺承重≥500kg

淬火零件高度≤150mm

感應(yīng)器升降距離≤500mm

產(chǎn)品換型時間≤60分鐘

3.4

成套設(shè)備設(shè)計指標(biāo)

表2成套設(shè)備設(shè)計指標(biāo)

序號名稱技術(shù)指標(biāo)誤差

1輸出功率（KW）≤15001％

2工作頻率（KHZ）1-8/20-800.2％

3總效率（％）≥65

4噪音（db）≤82

5功率因數(shù)≥0.86

6表面溫升（K）≤75

7諧波（％）≤5

8啟動成功率（％）100

絕緣電阻（M感應(yīng)電源柜≥0.5

9

Ω）淬火變壓裝置≥1

10感應(yīng)器定位精度（mm）≤0.1

11工件直徑范圍（mm）100-16001％

12密閉循環(huán)水溫度（℃）5-350.2％

13密閉循環(huán)水流量（m3/h）250.5％

3

感應(yīng)電源柜國家標(biāo)準(zhǔn)

14耐壓試驗

淬火變壓裝置GB/T10067.3-2005

安全防護國家標(biāo)準(zhǔn)

15安全檢查接地保護GB/T10066.1-2004

連鎖報警GB5959.3-2008

3.5

電源功能要求

1）電源啟動成功率：100%；

2）電源負(fù)載適應(yīng)性：要求電源為寬頻帶電源，在頻帶內(nèi)不需對電源進(jìn)行調(diào)整；

3）溫度保護：電源每路出水處應(yīng)裝有溫度傳感器，當(dāng)水溫超過設(shè)定值時系統(tǒng)自動停止

工作；

4）電源保護功能：應(yīng)具有水壓不足、快熔熔斷、過流過壓、進(jìn)線電壓過高、進(jìn)線過低、

逆變失敗、水溫監(jiān)視、限流、限壓、啟動過流、直流保護等功能；

5）電源的逆變信號采用光纖傳輸；

6）淬火變壓器采用樹脂封裝型；

7）電源的逆變橋數(shù)≤3組。

3.6

電源技術(shù)指標(biāo)

表3技術(shù)指標(biāo)

電源技術(shù)指標(biāo)誤差

工作頻率范圍2-8KHZ,20-80KHZ1％

輸出功率50-1500KW1％

功率調(diào)節(jié)范圍3-100%連續(xù)可調(diào)

啟動時間≤600MS

掃頻范圍500HZ-100000HZ0.5%

功率因素≥0.95±0.1

最大輸入電壓AC650V±5％

最大輸入電流1350A

性能保證環(huán)境2-40℃最大相對濕度90%

4

控制電源電壓AC220V/380V/±10％

設(shè)備重量2500KG

設(shè)備尺寸3200mm×850mm×2000mm（長、寬、高）

防護等級IP55

4功能接口

4.1模擬量輸入

通道1—交流電壓值，0-1000V，0~5VAC，AI1+，AI1-；

通道2—交流電流值，0-1000A，4~20MAAC，AI2+，AI2-；

通道3—直流電流值，0-1000A，0-5V，AI3+，AI3-；

通道4—淬火液溫度，-50℃-100℃，PT100，AI4+，AI4-；

通道5—淬火水流量，0-1500，L/MIN4-20MADC，AI5+，AI5-；

通道6—電位器調(diào)功，0-100%，0-10VDC，AI6+，AI6-；

通道7—機床自動調(diào)功，0-100%，0-10VDC，AI7+，AI7-；

通道8—直流電壓值，0-1000V，0-5VDC，AI8，AI8-；

通道9—冷卻水溫度，-55℃-125℃，溫度傳感器DS18B20，AI9+，AI9-；

通道10—環(huán)境溫度，-55℃-125℃，溫度傳感器DS18B20，AI10+，AI10-；

通道11—電源內(nèi)部溫度，-55℃-125℃，溫度傳感器DS18B20，AI11+，AI11-；

通道12—控制柜內(nèi)溫度，-55℃-125℃，溫度傳感器DS18B20，AI12+，AI12-。

4.2開關(guān)量輸入

通道1—電源故障，常開觸點，線號：DI01；

通道2—電源冷卻水壓力低，常開觸點，線號：DI02；

通道3—淬火液壓力低，常開觸點，線號：DI03；

通道4—感應(yīng)器水壓低，常開觸點，線號：DI04；

通道5—變壓器水壓低，常開觸點，線號：DI05；

通道6—變壓器水溫高，常開觸點，線號：DI06；

通道7—顯示畫面切換，常開觸點，線號：DI07；

通道8—復(fù)位，常開觸點，線號：DI08；

通道9—電源冷卻水流量低，常開觸點，線號：DI09；

通道10—變壓器流量低，常開觸點，線號：DI10；

5

通道11—感應(yīng)器流量低，常開觸點，線號：DI11；

通道12—電容器溫度高，常開觸點，線號：DI12；

通道13—電位器調(diào)功/機床自動調(diào)功，常開觸點，線號：DI13；

通道14~16—備用。

4.3模擬量輸出

通道1—控制電源1，輸出信號為0~10V，線號：V01，模擬量地線：線號：DAGND；

通道2—控制電源2，輸出信號為0~10V，線號：V02，模擬量地線：線號：DAGND。

4.4開關(guān)量輸出

通道1—電源準(zhǔn)備好，常開觸點，K1；

通道2—冷卻水溫度低，常開觸點，K2；

通道3—冷卻水溫度高，常開觸點，K3；

通道4—淬火液溫度低，常開觸點，K4；

通道5—淬火液溫度高，常開觸點，K5；

通道6—淬火液流量低，常開觸點，K6；

通道7—淬火液流量高，常開觸點，K7；

通道8—系統(tǒng)故障，常開觸點，K8；

通道9—報警輸出(手動復(fù)位斷開)，常開觸點，K9；

通道10~12—備用。

4.5其他接口

1）標(biāo)準(zhǔn)CAN口；

2）2路標(biāo)準(zhǔn)ＲＳ－２３２串行口；

3）通訊以及顯示等功能；

4）工作條件：環(huán)境溫度-５-5０℃，空氣相對濕度≤８５％周圍空氣中不應(yīng)含有腐

蝕性氣體；

5）供電電源：12ＶDC。

5功能測試方法

5.1起振成功判斷

控制系統(tǒng)送電后，信號1為低電平，信號2為高電平，啟動后信號1為高電平，延時0.5S

后變?yōu)榈碗娖?，信?為低電平，延時0.5S后變?yōu)楦唠娖?，并且此時起振成功信號一直輸出

高電平，則認(rèn)為起振成功。

6

圖1起振成功時序圖

5.2起振失敗判斷

控制系統(tǒng)送電后，信號1為低電平，信號2為高電平，啟動后信號1為高電平，

延時0.5S后仍然為高電平，信號2為低電平，延時0.5S后仍然為低電平，送電后起振成功信

號為高電平，啟動后為高電平，延時0.5S后變?yōu)榈碗娖?，則認(rèn)為啟動失敗。

圖2起振失敗時序圖

5.3輸出PWM時序邏輯

根據(jù)輸入波形，輸出波形之間的時序邏輯如圖5所示，其中時間t1和t可設(shè)置，并且時間

t1可在0.1-15us之間可調(diào)，時間t可在0.1-5us之間可調(diào)。

7

圖3輸出PWM時序圖

5.4電流過零點檢測

負(fù)載電流大于0時，過零點檢測電路輸出信號為高電平，負(fù)載電流小于0時，過零點檢測

電路輸出信號為低電平。

圖4過零點檢測波形示意圖

5.5掃頻啟動過程測試

以設(shè)定頻率（大于負(fù)載諧振頻率）的激勵信號去控制逆變器開關(guān)器件的通斷，

8

然后不斷減小激勵信號的頻率，對負(fù)載諧振頻率進(jìn)行掃描，直到激勵信號進(jìn)入諧振范圍內(nèi)，

轉(zhuǎn)為自激信號，啟動成功。如果啟動掃描時它激信號頻率沒有檢測到負(fù)載諧振頻率，則激勵

信號置為最大值，重新開始掃描，重復(fù)啟動的周期約為0.3秒鐘，完成一次啟動到滿功率的

時間不超過1秒。

圖5掃頻啟動示意圖

5.6模擬量輸出響應(yīng)曲線

當(dāng)模擬電壓從2V上升到10V過程中持續(xù)時間限制在40ms—200ms以內(nèi)。

圖6模擬電壓變化示意圖

5.7功率調(diào)節(jié)上升曲線

起振成功開始投功后，電源功率上升到設(shè)定功率的時間小于300ms，如果采用機床調(diào)功

和手動調(diào)功時，調(diào)功時間從圖6中模擬電壓從2V變化時開始計時，功率調(diào)節(jié)變化示意圖如圖7

所示。

9

圖7功率調(diào)節(jié)變化示意圖

5.8電壓超調(diào)量

調(diào)壓投功時，設(shè)定目標(biāo)電壓為U0，電壓上升時超上限11.5V，穩(wěn)定狀態(tài)下超下限

11.0V，21.0V。

圖8閉環(huán)控制電壓變化示意圖

6電源控制總成與顯示串口通訊

6.1命令格式

讀寫格式（除字頭、字尾外所有字節(jié)均為ASCII碼）

字頭設(shè)備地址數(shù)據(jù)代碼數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)數(shù)據(jù)異或CR

說明；

字頭：1字節(jié)1個ASCII碼，40H；

設(shè)備地址：1字節(jié)2個ASCII碼(3046)；

10

數(shù)據(jù)代碼：1字節(jié)2個ASCII碼，0x00~0xff；

數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)：1字節(jié)2個ASCII碼，1—100，實際讀寫的數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)(2)；

數(shù)據(jù)…：為實際的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為ASCII碼，個數(shù)為字節(jié)數(shù)乘2；

異或：異或從設(shè)備地址到異或字節(jié)前，異或值轉(zhuǎn)換成2個ASCII碼；

CR：0x0d。

6.2上位機發(fā)送讀命令

字頭設(shè)備地址數(shù)據(jù)代碼數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)異或CR

下位機應(yīng)答：若正常：

字頭設(shè)備地址數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)數(shù)據(jù)異或CR

若不正常：

字頭設(shè)備地址**異或CR

若應(yīng)答正確：

40304630323634363437350d

字頭設(shè)備地址15數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)2數(shù)據(jù)異或0d

若應(yīng)答不正確：

4030462a2a37360d

字頭設(shè)備地址15**異或

注意：數(shù)據(jù)傳輸統(tǒng)一為2字節(jié)；

6.3數(shù)據(jù)ID

1）交流電壓值：00；

2）交流電流值：01；

3）直流電壓值：02；

4）直流電流值：03；

5）電位器調(diào)功值：04；

6）機床自動調(diào)功值：05；

7）淬火液溫度值：06；

8）淬火水流量值：07；

9）冷卻水溫度值：08；

10）環(huán)境溫度值：09；

11

11）電源內(nèi)部溫度值：10；

12）控制柜內(nèi)部溫度值：11；

13）頻率：12；

14）功率因素：13；

15）有效功率值：14；

16）加熱時間：15；

17）輸入開關(guān)信號故障檢測：16；(定義為一個字)，發(fā)出；

18）報警上限故障檢測：17；(定義為一個字)，發(fā)出；

19）保護參數(shù)設(shè)定：18；(接收一個數(shù)組，48個字)，接收；

20）程序段參數(shù)設(shè)定：19；(接收一個數(shù)組，18個字），接收；

21）啟動/停止：20；(0X55：啟動；0XAA：停止；0XCC：復(fù)位)，接收；

命令應(yīng)答正確：

403046555537360d

字頭設(shè)備地址15**異或

命令應(yīng)答錯誤：

4030462a2a37360d

字頭設(shè)備地址15**異或

6.4開關(guān)信號位定義

（1）Flag1位段定義

BIT0：電源故障；

BIT1：電源冷卻水壓力低；

BIT2：淬火液水壓力低；

BIT3：感應(yīng)器水壓低；

BIT4：變壓器水壓低；

BIT5：變壓器水溫低；

BIT6：變壓器水溫高；

BIT7：顯示換面切換；

BIT8：復(fù)位；

BIT9：電源冷卻水流量低；

12

BIT10：感應(yīng)器流量低；

BIT11：電容器溫度高；

BIT12：電位器調(diào)功/機床自動調(diào)功；

BIT13∽BIT15：保留；

（2）Flag2位段定義

BIT0：設(shè)備冷卻水溫度；

BIT1：功率因素低于下限值；

BIT2：Udc/Idc；

BIT3：Idc/Iac；

BIT4：直流電壓超上限；

BIT5：直流電流超上限；

BIT6：交流電壓超上限；

BIT7：交流電流超上限；

BIT8：頻率超上限；

BIT9：功率超上限；

BIT10∽BIT15：保留；

13

7電源控制總成與上位機CAN通訊

7.1通訊協(xié)議規(guī)范

發(fā)送回復(fù)

ID號字節(jié)號功能定義數(shù)據(jù)周期ID號字節(jié)號功能定義數(shù)據(jù)

0面板按鍵-啟動(1有效)0/10回復(fù)按鍵-啟動(10有效)10

1面板按鍵-停止(1有效)0/11回復(fù)按鍵-停止(10有效)10

2面板按鍵-復(fù)位(1有效)0/12回復(fù)按鍵-復(fù)位(10有效)10

3面板按鍵-近=1/遠(yuǎn)=21/23回復(fù)開關(guān)-近=10/遠(yuǎn)=10010/100

10100ms10

4查詢記錄程序參數(shù)標(biāo)志(1有效)0/14回復(fù)記錄程序參數(shù)標(biāo)志0

5NC05NC0

6NC06NC0

7NC07NC0

0授時-年（0-99）0-990回復(fù)授時-年42

1授時-月（0-12）0-121回復(fù)授時-月42

421S42

2授時-日（0-31）0-312回復(fù)授時-日42

3授時-時（0-23）0-233回復(fù)授時-時42

14

4授時-分（0-59）0-594回復(fù)授時-分42

5授時-秒（0-59）0-595回復(fù)授時-秒42

6NC06NC0

7NC07NC0

0查詢系統(tǒng)設(shè)定時間-年430回復(fù)系統(tǒng)設(shè)定時間-年0-99

1查詢系統(tǒng)設(shè)定時間-月431回復(fù)系統(tǒng)設(shè)定時間-月0-12

2查詢系統(tǒng)設(shè)定時間-日432回復(fù)系統(tǒng)設(shè)定時間-日0-31

3查詢系統(tǒng)設(shè)定時間-時433回復(fù)系統(tǒng)設(shè)定時間-時0-23

43500ms43

4查詢系統(tǒng)設(shè)定時間-分434回復(fù)系統(tǒng)設(shè)定時間-分0-59

5查詢系統(tǒng)設(shè)定時間-秒435回復(fù)系統(tǒng)設(shè)定時間-秒0-59

6查詢系統(tǒng)時間修改標(biāo)志06回復(fù)系統(tǒng)時間修改標(biāo)志（修改=255）0/255

7查詢系統(tǒng)時間修改標(biāo)志07回復(fù)系統(tǒng)時間修改標(biāo)志（修改=255）0/255

0查詢系統(tǒng)初始化情況440回復(fù)系統(tǒng)初始化情況（1有效）0/1

上電

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44查詢44

2查詢總能量數(shù)據(jù)102回復(fù)總能量數(shù)據(jù)Power_save[1]0~255

1次

3查詢總能量數(shù)據(jù)203回復(fù)總能量數(shù)據(jù)Power_save[2]0~255

15

4查詢總能量數(shù)據(jù)單位04回復(fù)總能量單位Power_Danwei[1]0~4

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6NC06NC0

7NC07NC0

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1查詢0-直流電壓值-調(diào)功上限-L511回復(fù)0-直流電壓值-調(diào)功上限-L0~255

2查詢1-直流電壓值-量程下限-H512回復(fù)1-直流電壓值-量程下限-H0~255

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7查詢3-直流電壓值-報警下限-L517回復(fù)3-直流電壓值-報警下限-L0~255

0查詢4-直流電壓值-報警上限-H520回復(fù)4-直流電壓值-報警上限-H0~255

1查詢4-直流電壓值-報警上限-L521回復(fù)4-直流電壓值-報警上限-L0~255

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3查詢5-直流電流值-調(diào)功上限-L523回復(fù)5-直流電流值-調(diào)功上限-L0~255

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16

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17

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18

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19

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