大火炉的故事

大火炉的故事（精选3篇）

篇1：箔材退火炉控制技术的理论与实践

箔材退火炉从用途上大体分为2类形式,一类用于箔材坯料退火,温度控制较高;另一类是箔材成品退火,炉温控制较低,但要求控制精度高,控制时间长。中国铝业西北铝加工分公司现有箔材成品退火炉数十台,所有这些退火炉通过上位机构成一个环网,可以在上位机上实现各台退火炉参数的监控和温度记录。

退火炉虽然较为简单,但真正能够维护好也非常不容易,特别是退火炉温度控制系统,炉温控制精度、稳定性是直接关系到产品质量的重要因素。因此对退火炉控制的研究是很有必要的。在箔材坯料退火炉中,每台退火炉技术指标完全相同,具有普遍性,因此这里以该类型退火炉为例,介绍它们的工作原理及控制。

1 退火炉结构

箔材25t退火炉由以下部分组成:厢式炉体,空气循环系统,导流装置,吹洗和排气系统,炉门及升降、旁路冷却系统等。

厢式炉体为一长方体结构,炉内工作尺寸:长×宽×高=6600mm×1800mm×2000mm。炉膛分为2区,炉门侧为第一区,内部为第二区。炉顶分别安装共2台低压大风量轴流循环风机,采用变频器控制速度,保证炉料加热速度和炉温均匀性。

导流装置:包括水平导流和垂直导流,水平导流板和垂直导流板呈45°倒角连接,以便调节炉膛气体流动分布,达到炉温均匀性。

吹洗和排气系统:主要用来排除成品箔材在加热时产生的油烟等挥发物,吹洗和排烟风机由变频器驱动,通过改变变频器输出转速来改变吹洗风机风量,吹洗风机吹入的新鲜空气,吸入循环风机吸风口,改善炉温均匀性。

负压除油系统:一台电机通过变频器控制转速,以便将炉膛压力抽成-3~-1kPa,从而提高除油效率。

旁路冷却系统:由旁冷风机、热交换器、蝶阀组成。当降温开始后,蝶阀开启,旁冷风机将炉膛高温炉气从旁冷入风口吸入,经过热交换器后变成较低温度的空气,然后从旁冷出口进入炉膛构成一个冷却循环系统,达到降低炉膛温度的效果。冷却风机为变频器控制,因此可以根据降温速度调节风机转速,从而调节降温快慢。

2 退火炉控制系统

2.1 控制系统组成

2.1.1 电气组成

该退火炉由供电柜、调功柜、风机柜、PLC柜、上位机、热电偶接线箱组成。供电柜基本上是一个开关柜。调功柜为退火炉通过晶闸管实现控温作用。风机柜控制所有变频风机运行,包括2台循环风机变频器、排烟风机变频器、负压风机变频器、旁冷风机变频器等。PLC柜由PLC组态的所有控制模块及控制继电器组成,柜门上安装有触摸屏。热电偶接线箱用于炉温测试。

箔材退火炉元器件选择:变频器选择ABB公司生产的ACS510-01;晶闸管型号KP-500/1600;PLC选用日本OMRON公司生产的CH200HG及10.4寸NT631触摸屏。

2.1.2 技术参数

箔材退火炉额定装炉量25t,最高使用温度580℃,可控温度100~500℃,加热总功率540kW,炉气温差不大于±3℃;加热器有效工作尺寸:5.8m×1.85m×2.25m=24.1m3;循环风机2×37 kW,变频控制;吹洗风机3 kW,变频控制;负压除油风机5k W,变频控制-3~-1k Pa;旁冷风机11k W。

2.2 PLC硬件

整个退火炉控制都是通过PLC控制系统来完成。PLC系统分为硬件部分和软件部分。

2.2.1 主控制系统的硬件配置

箔材退火炉的PLC模块是积木式组合方式,其模块配置如下:

(1)电源模板,型号OMRON PA204S。

(2)CPU模板,采用OMRON CPU,型号SYSMAC CH200HG-CPU43,CPU上有2个通信口,RS-232和RS-422。触摸屏和模拟量输出单元模块通过RS-232网与CPU进行通信;上位机通过RS-422口与CPU进行通信。

(3)PID控制单元,型号OMRON,TC002,共2块。

(4)温度传感器单元,型号OMRON,TS001,共3块。(5)模拟量输出单元,型号OMRON,DA004,共1块。(6)数字量输入单元,型号OMRON,ID212,共2块。(7)数字量输出板,型号OMRON,OC225,共2块。

2.2.2 PLC系统硬件组成

PLC系统硬件组态如图1所示。

图1中,PLC控制硬件系统使用的是OMRON公司生产的CH200HG系列产品。所有的硬件组态模块都安装在CPU机架之上。这个机架由3部分组成:(1)CPU底板,在上安装CPU和其它单元;(2)CPU,它执行程序和控制PLC的功能;(3)其它单元,如I/O单元、PID控制单元、链接单元等。CPU机架可以单独使用,或连接其它机架提供增加模块数。该机架底板有8槽和10槽,如果模块太多在机架上安装不下,可以再增加机架即扩展I/O机架。扩展I/O机架通过2个机架底板上的连接器和CPU机架进行连接,上面3个TS001温度传感器单元就是安装在扩展机架上,并通过扩展机架底板上的连接器口连接到CPU母板上的。

在这些组态模块中,电源模块PA204S的功能是为整个PLC及PLC系统提供工作和控制电源。SY SM A C CH200HG-CPU43模块是PLC系统的控制中心。它上面有一个舱,用以连接存储器盒和CPU。CPU有一个舱,用于连接通信板和CPU。其上还有DIP开关,PLC按照DIP开关的设置工作。CPU面板上的指示灯,提供PLC运行的可视信息。PID控制单元模块TC002是退火炉两区温度控制中心,它集控制热电偶的输入、模数转换、温度控制功能于一身,是退火炉温度控制的重要模块。模拟量输出单元模块DA004是数模转换模块,它的功能是根据触摸屏设置的速度大小,与实际速度比较后,输出4~20mA电流信号,用以控制相应风机(如除油风机、排烟风机、旁冷风机等)的转速,达到工艺控制要求。数字量输入输出单元模块ID212、OC225是所有退火炉控制的逻辑条件输入点和控制输出点。温度传感器单元模块TS001是退火炉炉膛温度均匀性测试时15支热电偶信号输入模块,通过触摸屏显示。

2.2.3 控制软件编程

PLC编程软件为CX-PPROGRAM。该软件是OMRON公司专门为本公司生产的PLC进行编程的软件。它可以根据编程者的习惯方便地使用梯形图编程、语句编程或逻辑编程。该软件以菜单方式形成窗口,简单易学。它的许多语句均为该功能英文的全名或缩写,许多编程方法与电气控制原理图相对应,只要掌握较好的电气、PLC和英文知识,就能够方便快捷地进行编程。

2.3 网络

2.3.1 退火炉网络系统

退火炉网络系统是本台退火炉各个控制部件与PLC之间构成的网络。它由PLC组态中CH200HG-CPU模块上的RS-232口与触摸屏RS-232、PLC模块DA004和变频器构成。触摸屏上设置的工艺控制参数,PLC测量得到的温度数据及其它退火炉运行参数,报警,变频电机控制转速等信息都是通过该网络传送完成。

2.3.2 上位机网络系统

上位机选用台湾研华公司生产的工控机,操作系统软件平台Windows2000,其组态软件是OMRON公司的FIX4.0。通过串行网络RS-422将8台箔材退火炉构成环网,从而实现在上位机上对每台退火炉进行工艺参数的设定和修改,同时实现每台退火炉炉膛温度的实时采集,报警信号和运行状况的监控,并将采集的数据进行显示并记录在硬盘上。操作人员可在上位机上清楚地观察各炉退火情况及每台退火炉运行情况,并进行故障处理。网络预留节点,以备新上退火炉之用。

3 PID控制

3.1 温度控制原理

在整个退火炉温度控制系统中,温度控制是中心,退火炉所有设备都是为温度控制服务的。根据工艺要求,整个炉温控制分为3部分:升温保温阶段;降温阶段;吹洗及负压除油。

升温保温阶段是将工艺曲线通过触摸屏输入到PLC系统中,PLC程序按照温度曲线进行控制。然后它通过PLC中的模块TC002根据温度偏差,来输出控制信号,控制SW03A触发器,然后控制可控硅,来控制系统加热量大小。偏差大时,TC002输出量较大,加热速度快,反之,加热速度慢。偏差为零时,系统不加热。具体控制原理方框图如图2所示。它属于单回路反馈控制,其控制属于反作用控制。

上面控制过程说明:r(t)给定信号是通过触摸屏进行设定,y(t)是通过K型热电偶测量后得到的温度信号值,两值相减得到偏差信号值e(t),该值通过PLC进行PID运算后输出值为u(t),该信号为时间占空比信号,用来控制可控硅的导通。当e(t)=r(t)-y(t)>0时,该值通过PLC进行PID运算,输出给过零触发器,触发器控制可控硅导通的时间占空比值,退火炉加热器根据该值大小控制加热量的多少;当e(t)=r(t)-y(t)≤0时,控制输出u(t)为0。通过这样不断的调节控制,使退火炉温度控制在设定的温度点上。

降温控制与升温保温控制正好相反,它的作用过程:也是将降温程序通过触摸屏输入给PLC,PLC控制程序按照降温曲线进行控制。它的控制也属于单回路反馈控制,其原理方框图如图3所示。

降温控制与升温保温控制完全不一样,是典型的正作用控制。它通过PLC中的模块DA004来输出控制信号,根据温度偏差,控制旁冷系统的变频器的变频速度大小,偏差大时,冷却速度快,反之,冷却速度慢。

图3中的过程分析与图2分析相同,这里不再重复。

第3部分完成的工作:除油;辅助降温。由于箔材生产中,箔材内部夹带了大量的工艺油,箔材产品必须在退火过程中将其除去。这个过程原来通过排烟来完成,但除油效果不理想,通过负压除油排烟交替进行,就得到了很好的除油效果,这个过程在升温保温阶段进行。在降温过程中排烟负压风机同时运行,进行辅助降温。

3.2 PID控制原理

在PLC控制系统中,其偏差控制运算是利用PID控制运算进行的。退火炉控制参数整定中,通过触摸屏P I D参数菜单调节其参数,从而达到对炉温精度的控制。因此要调节好退火炉控制系统,首先要弄懂PID控制理论。

PID控制中的P参数表示比例调节,它的调节规律叫比例调节规律。其输出信号u(t)与输入偏差信号e(t)成比例关系,即u(t)=Kc·e(t)。Kc=1/p×100,KC是一个可调节的比例增益,P就是PID控制中的P参数。比例调节的特点是反映速度快,调节作用立即见效。输入的偏差越大,输出的调节作用越强。但其作用也有缺点。因为这种调节作用的输出信号与输入信号成比例关系,因此这种调节作用在自动调节中难免要存在静差。为了减小静差,必需增大KC,KC增大使系统不能够稳定,所以要控制好系统,还得利用积分控制。

积分作用的调节规律,其输出信号u(t)与输入偏差信号e(t)成积分关系,即u(t)=∫t0e(t)×dt/Ti,Ti就是PID控制中的I参数。从公式可以看出,积分作用的输出信号将随时间不断增大直到偏差信号e(t)=0。因此其特点是消除静差达到无静差控制。其缺点是调节作用随时间的积累而逐渐增强,所以调节动作缓慢,调节不及时。当对象惯性较大时,被调参数将出现很大的超调量,调节时间增大,系统难以稳定。为了解决该问题,还得利用微分控制。

所谓微分作用是指输出信号u(t)与输入偏差信号e(t)成微分关系,即u(t)=Td×de(t)/dt,Td就是PID控制中的D参数,de(t)/dt是偏差信号变化率。从公式可以看出,微分作用的输出信号u(t)变化量与偏差信号e(t)的变化速度成正比。这种调节特点是只要出现信号变化趋势,即可马上调节,故有超前调节作用,缺点是只能反映偏差变化速度,不能反映偏差的大小,调节不能消除静差。因此要调节好退火炉控制,必需PID全部参与控制。

3.3 PID控制的实现

在实际的PID控制中,如果控制温度不准确或波动较大,我们要对其控制参数进行在线调节。实际调节是通过触摸屏上的2个重要的菜单界面来实现的:控制温度误差修正界面;PID参数界面。

误差修正原理:在退火炉控温过程中,对于任意一个控制点都有一个温度测量误差,误差值=测量温度值-温度真值。当温度误差(例如±3℃)超差时,就需要在相应的温度点上进行补偿,以消除这个误差。在退火炉触摸屏误差补偿界面中,设置有5个温度误差补偿点。如果是正误差,就要在对应温度点上补偿一个与误差相应的正值,确认后系统自动就将该值加入到温度测量值中,这样使该测量温度强行增加,从而达到校正误差的目的。反之若温度误差为负,在补偿菜单对应温度点补偿一个与误差相对应的负值。例如400℃时,一区测量温度比真实温度高2℃,即真实温度是398℃,而触摸屏显示为400℃。如何才能够将2℃补偿进去,使炉膛测量等于真实温度呢。我们这里就在400℃的补偿点补偿-2℃左右的温度值,反复测试,直到接近真实值。其它温度点不准确时,调节相似。

通过对控制参数的调节,整个退火炉都能够达到精度要求:静态精度,炉气温差不大于±3℃。

如果是炉温波动问题,就要通过调节PID参数来解决,通常应用经验法进行PID参数整定。首先在触摸屏上打开PID菜单界面,按下该菜单上的自整定按钮,PLC就进行自整定。过一会儿PLC系统整定出一个PID参数组。自整定出来的PID参数控制效果一般都不错。将自整定出的PID参数投入,然后做几次扰动,如果出现温度波动,就适当地调节一下PID参数。

通过上面所讲的2种整定方法,都可以得到实际可用的PID控制参数。最终得到的参数:退火炉一区,P=16,I=201,D=34;二区,P=50,I=201,D=34;旁冷变频风机,P=40,I=400,D=40。

4 影响炉温控制精度的因素

除上面讲的PID控制参数和测量误差影响炉温控制精度外,还有其它的一些因素,大体上有:热电偶及控制系统因素;炉体因素;循环风机因素。

热电偶误差是最为重要的因素,它的精度,安装方法都很重要。因此对每一个区中安装的热电偶位置、安装深度须定期检查,以免造成测量误差。同时要经常对热电偶定期进行标定和校验,检查控制系统接线是否牢固。

炉体因素包括炉门漏风,楼顶热绝缘不好,容易散热,炉膛4个角循环不畅。它们会造成该处炉温偏低或高,影响整个炉子的温度控制精度。

循环风机速度对温度均匀性和精度影响也很大。通过我们实验,风机速度太高,在小于180℃进行控制时,容易造成温度跑偏、无法稳定、波动频繁、偏高等现象。风机速度太低,在炉膛控制大于350℃时,风机风量不够,造成炉膛温度均匀性不好。因此对于循环风机的转速选择要适当。如果在整个退火温度制度中使用相同的风机速度会影响温度稳定性时,可以将风机速度分为高低速档,低温控制段时用低速,高温控制段时用高速。这样可以消除风机对炉温的影响。

5 结论

对箔材退火炉结构、电气控制及PLC硬件组成进行了系统的介绍;对退火炉升温保温控制和降温控制原理分别进行原理解析;对PID控制理论、调节,利用温度补偿法来调节炉温的控制精度进行了详细描述。通过上述分析和探讨,可以使我们更好地了解退火炉的工作原理和控制,为维护好退火炉提供帮助。

摘要：介绍箔材退火炉结构、电气控制系统、PLC组态及退火炉控制原理。详细描述了用PID控制、温度补偿法来调节炉温均匀性的方法。

关键词：箔材退火炉,控制理论,PID控制,炉温均匀性

参考文献

篇2：想念大火炉

记jì得de有yǒu一yì年nián冬dōnɡ天tiān，我wǒ们men全quán家jiā又yòu到dào了le爷yé爷ye家jiā。爷yé爷ye家jiā有yǒu一yí个ɡè大dà火huǒ炉lú，我wǒ一yí去qù，爷yé爷ye总zǒnɡ是shì把bǎ大dà火huǒ炉lú烧shāo得de旺wànɡ旺wànɡ的de，我wǒ也yě总zǒnɡ是shì围wéi着zhe火huǒ炉lú绕rào来lái绕rào去qù。

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篇3：一种退火炉中使用的节能锚杆

目前大型工业铝材退火炉通常是长方型结构, 炉墙壁、炉顶盖、炉底和炉门都起保温作用。以一种工业铝材退火炉为例:墙壁厚一般是300～400mm, 外层是厚5mm的钢板, 附加骨架支撑作用的槽钢。内层是2mm的1Cr18Ni9Ti (一种耐高温不锈钢) 。中间是硅酸铝针刺毯和岩棉板, 连接内壁和外墙的是锚杆。

2 原锚杆结构及存在的问题

锚杆起着支撑内壁的作用, 目前锚杆使用直径10mm的圆钢, 一段是不锈钢, 一段是Q235, 两段焊在一起。不锈钢一段与内衬板焊一起, Q235一段与外墙焊一起。锚杆间距是400～500mm。锚杆的一个极为不利的副作用是向外传导热量。退火炉正常工作状态时炉内温度高达600℃左右, 热量大多从锚杆向外传导。为了解决这个问题, 有的厂家用减少锚杆数量的办法来减少热量的外传, 但并没有从根本上解决这个问题。有的厂家被迫加厚炉墙, 又使成本急剧升高, 也不是一个好办法。热量从锚杆传出的现象是:炉体外壁焊接锚杆的一点位置发热, 以这一点的位置为中心, 高温呈环状向四周扩散, 圆越来越大, 最后连成一体, 整个外墙温度都一致了。这种退火炉的合格指标是外壁不能超过80℃, 但是经常有炉体外壁超过80℃。外壁温度越高则热量损失的速率也越高, 每当温度超标就有大量的热能源源不断地散失到空气中去。

3 节能锚杆结构

如图1、图2所示两种实施方案:第一种是短圆柱方案, 陶瓷直径较大, 锚杆承受内衬板向下的重力, 陶瓷圆柱下半部受的是压力。这样设计是充分利用了陶瓷刚性好、硬度大的优点, 回避了陶瓷强度低 (弹性几乎为零) 的缺点。陶瓷的耐压力强, 所以它能够有效地支撑锚杆。将陶瓷圆柱制做成多孔, 中空, 表面沟回, 用来减少传热面积, 能有效地减少热量的传导;第二种是长圆柱方案, 外附钢桶, 该方案同样是利用了陶瓷刚度大的优点。

1.外墙体2.锚杆3.锁紧螺钉4.隔热陶瓷5.岩棉板6.硅酸铝针刺毯

1.螺栓2.隔热陶瓷3.陶瓷套4.螺母5.锚杆

4 设计原理