差温热处理炉控制系统.doc

差温热处理炉控制系统
支永涛
邢台轧辊铸诚炉业有限公司，河北 邢台 054025

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  摘 要 简要介绍了差温热处理炉的原理及功能，介绍集散控制系统组成、操作及主要设备功能，通过使用为差温炉更好的设计、应用提供经验参考。
关键词 智能仪表；上位机；空燃比例阀；
Control System for Different Temperature Treatmenting Furance
ZHI Yong-tao
Xingtai Zhucheng building and installs Co.Ltd,xingtai 054025，china
Abstract: The synopsis introduces principle and function of differ temperature treatmenting france , Introducing gather to spread to control system constitute，operate and main equipments function, it will provide the experience consults for the better design and apply from using .
Key words: Intelligent instrument；host computer；the ratio valve of air to fuel；
0 引言
差温热处理炉主要是对轧辊进行差温处理，用于大型轧辊的淬火，可使工件表面一定厚度的金属快速加热到淬火温度，而心部仍处于低温状态，使得淬火处理后工件内外得到不同组织，既保证了轧辊工作层硬度，又保证了轧辊整体的强度与韧性。用这项工艺处理轧辊，只需3小时左右的时间，节能效率令人叹服。因此此炉型主要保证升温快速性和炉温均匀性，采用电加热难于保证，所以采用煤气加热，自动控制系统是保证设备稳定运行和产品质量的关键。我们设计的差温炉运行表明控制系统运行安全、可靠，尤其是炉温均匀性效果明显。
1 工艺简介
我们设计的差温炉为卧式开合型，开合式差温炉主要结构包括炉体、炉体开合传动、燃烧装置、空煤气供应系统、工件支撑旋转机构、燃烧自动控制系统及炉体开合和工件支撑旋转控制等组成，炉体分为可以开合的左右两部分，分别固定在可移动的小车上，拉开时，将轧辊放在三维可调的支撑旋转机构上，合上炉体进行加热。工艺过程如下：轧辊先经预热炉加热到一定温度后进入差温炉，烧嘴点火后合住炉体，开始执行工艺，工艺结束打开炉体、吊出工件进行下一道工序。下图为工艺过程。温度为炉体控温热电偶温度。

2 自动控制系统设计
控制系统由工控机IPC-610H、显示器、UPS不间断电源、打印机、研华通信板卡PCI-1612B、数字量输入模块PCI-1754、温控系统、压力控制系统、故障报警系统等组成集散控制系统。采用RS485通信。上位机主要完成工艺曲线的设定、过程曲线和数据的记录、工艺过程监视，计算机监控软件系统是在VB基础上开发的多媒体动态技术，把通信、动态图象、表格等融为一体，具有良好的人机交互、动画显示、参数采集、语音报警等功能。当上位机出现故障时，下级控制单元可继续完成热处理工艺而不影响生产及产品质量。电气控制部分主要是对各执行设备如电机、电动推杆、风机等进行启停、正反转控制。
3 控制系统组成及功能介绍
3.1 温度控制系统
该炉分4个区，每区包括炉体两侧电动调节阀、电磁阀、比例阀、7~8个烧嘴及烧嘴控制器。该系统在结构上属单回路调节系统。以炉温为被调量，通过铂铑-铂热电偶检测炉内实际温度信号，送至智能控温仪（PXW9），智能控温仪根据事先设定工艺温度值和炉内温度实际值经PID控制运算后输出4~20mADC信号给电动调节阀，从而控制各区风量，再通过燃气比例阀相应调节煤气量，在加上烧嘴前的调节阀微调可使燃气达到充分燃烧的目的。在对面炉体上有4支热电偶无限接近辊身测量辊身温度，从而监视轧辊表面温度均匀性。为进一步保证辊温的均匀性托辊装置可进行正反旋转。

3.2 设备简介
（1） PXW型仪表是日本富士生产的多功能数字程序设定器，它具有程序设定、数字通信、PID自整定、PID+模糊控制控制等功能。通过RS485通信与工控机相连，极大方便了工艺设定，操作方便。
（2） 在本系统中使用了德国krom/schroder公司生产的高速烧嘴、空/燃比例阀及烧嘴控制器；沿炉体圆周切线顺向布置的高速烧嘴喷出的高速热气流强化了炉气的循环和对流传热，提高炉温均匀性和传热效率。燃气比例阀的通过空气压力调节阀门开度，从而保证比例阀后空气煤气压力相等，这也是保证燃烧充分的关键设备。烧嘴控制器（IFS258）主要完成烧嘴的点火、火焰监测、熄火报警保护功能。
3.3 空、煤气管路
煤气管路由闸阀、快速切断电磁阀、煤气压力、煤气流量检测组成。风管路上在风机入口加装手动调节阀可适当调节风量及风压。由风管上的压力开关和煤气压力表组成报警保护回路，当压力低于设定值时切断快切阀，防止发生意外。
3.4 炉压控制回路
对于燃气炉来说，炉压也是一个主要控制量。炉压高容易发生跑火、烧坏设备，炉压低又会发生吸冷风现象，造成温度不均匀、燃料浪费。由炉压取压装置、微差压变送器、智能调节器、电动执行机构、烟道闸板组成闭环控制系统。由于采用连续控制，炉压相对变化缓慢，能较好的控制在一定的微正压范围内。
4 结 语
邢台轧辊集团铸铁分厂差温热处理炉自2004年11月热试一次成功，达到设计要求，产品质量达到优等指标。尤其是温度均匀性，通过接近偶和远红外测温仪测量均达到±5℃。设备和控制系统操作方便、运行平稳、安全可靠。需注意为使比例阀工作在线性区风压不能过高，另外在这种快速升降温度工作状态下接近热电偶使用寿命有所降低，最好为垂直安装。
作者简介
作者支永涛，男，1971年生，1993年毕业于河北理工大学自动化仪表专业，工程师，现从事工业控制中自动化仪表设计与应用工作。
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