一種臺車式燃氣熱處理爐溫控系統及溫控方法

2023-06-05 16:33:56

一種臺車式燃氣熱處理爐溫控系統及溫控方法
【專利摘要】本發明提供了一種臺車式燃氣熱處理爐溫控系統及溫控方法，所述的溫控系統包括沿爐體的長度方向分布的多個溫控區，各溫控區的兩側分別安有多個燒嘴，各溫控區的頂部分別安有熱電偶；各熱電偶分別連有一溫控器，每個溫控區的溫控器分別通過脈衝控制器與該溫控區的燒嘴相連；還包括一PLC控制器，PLC控制器通過一通訊轉換器連接各溫控器；PLC控制器連接一上位機。該方案能夠實現溫度的連續漸變，避免爐內溫度差較大的溫度變化調節，便於控制熱處理爐爐內溫度均勻性。
【專利說明】一種臺車式燃氣熱處理爐溫控系統及溫控方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及熱處理爐控制領域，具體是一種臺車式燃氣熱處理爐溫控系統及溫控 方法。

【背景技術】
[0002] 熱處理設備是實現熱處理工藝的基礎和保證，直接關係到熱處理技術水平的高低 和工件質量的優劣。
[0003] 目前，在機械加工和鑄造行業，大型鍛件和鑄件的熱處理多採用井式熱處理爐和 臺車式熱處理爐，井式爐多用於長度較大的軸件熱處理，且多用電阻帶加熱。井式爐的建造 複雜，需要土建挖井，有的深度可達數十米，而臺車爐為固定的半封閉殼體，由可移動臺車 來移動工件，一般用燃氣、燃煤混合氣體等加熱。為保證溫控的精度，以及確保加熱功率的 可控性和爐內溫度的均勻性，現有技術對爐膛沿長度方向採用多區段分區進行控制，但隨 著爐體深度的增加，熱流由遠離煙道的一側向煙道側湧動，靠近煙道一端和遠離煙道一端 溫控區的溫度波動較大，即在整個溫控過程中，爐內存在較大的溫度差，溫度變化不均，這 往往影響熱處理的效果。另外，現有技術只是解決了單一的工件熱處理問題，沒有結合現有 的自動化信息技術，提供系統的工藝數據分析和生產管理功能，且現有控制系統大多採用 溫控器的面板設置工藝參數，大大降低了設備的使用壽命，且現有溫控系統及溫控方法在 節能環保上也少有考慮。此為現有技術的不足之處。


【發明內容】

[0004] 本發明所要解決的技術問題是，提供一種便於控制熱處理爐爐內溫度均勻性的臺 車式燃氣熱處理爐溫控系統及溫控方法，能夠實現溫度的連續漸變，避免爐內溫度差較大 的溫度變化調節。
[0005] 為解決上述技術問題，本發明提供了一種臺車式燃氣熱處理爐溫控系統，包括沿 爐體的長度方向分布的多個溫控區，各溫控區的兩側分別安有多個燒嘴，各溫控區的頂部 分別安有熱電偶；各熱電偶分別連有一溫控器，每個溫控區的溫控器分別通過脈衝控制器 與該溫控區的燒嘴相連；還包括一 PLC控制器，PLC控制器通過一通訊轉換器連接各溫控 器；PLC控制器還連接一上位機。
[0006] 使用時，本系統溫控所需要的參數，即可通過溫控器進行設定，又可通過上位機進 行設定，設置方便、使用靈活且使用可靠。而且，不但可通過溫控器進行現場監控與查看，還 可通過上位機進行遠程監控與查看，使用方便。
[0007] 此外，本系統通過兩側的燒嘴工作時的對流傳熱，使得每個溫控區空間內的溫度 相對均勻；且將各溫控區的熱電偶均安裝在爐頂上方，能相對準確的反應爐膛中該溫控區 的溫度。
[0008] 所述的上位機連有一報警器。所述報警器可以採用聲光報警器。當燒嘴點火多次 失敗時，系統會發出報警，以免爐內殘留燃氣過多而發生爆炸事故。此外，在燒嘴點火多次 失敗時，還可通過上位機控制自動停爐。
[0009] 所述的上位機為PC機或工控機。
[0010] PLC控制器還通過另一通訊轉換器連有一無紙記錄儀，所述的無紙記錄儀與所述 的各熱電偶相連。無紙記錄儀採用多通道熱電偶輸入，可用於完成每道工次的溫度曲線記 錄，且可通過其面板直接查看或通過其MMC存儲卡或者USB接口直接連接至PC機，之後通 過軟體對爐溫變化進行工藝分析。
[0011] 本發明還提供了一種臺車式燃氣熱處理爐溫控方法，包括統一預設熱處理過程中 各溫控時段的目標溫度Tg以及經過該時段的目標溫控時長和保溫觸發溫度差值AT，對於 各溫控區的各溫控時段，均有以下溫控步驟： A、 實時檢測當前溫控時段的實際溫度^，並對當前溫控時段的當前溫控時長進行統 計； B、 將當前溫控時段的當前溫控時長與該溫控時段的目標溫控時長進行大小比較，若當 前溫控時長彡該溫控時段的目標溫控時長，則執行步驟C，否則執行步驟F ; C、 實時計算上述實際溫度^與該溫控時段的目標溫度Tg的實際差值A t=t$- T g，並將計算所得的實際差值I At|與預設的保溫觸發溫度差值AT進行大小比較，若 A 11〈 A T，貝#丸行步驟D ;否貝#丸行步驟E ; D、 將上述實際溫度與預設的中間溫度閾值T進行大小比較，若T，則採用小火熄滅的方式對該溫控時段進行保溫控 制； E、 控制溫控區內各燒嘴小火點燃，並通過溫控區內溫控器的電流輸出控制溫控區內各 燒嘴大火的點燃與熄滅； F、 當前溫控時段的溫控結束。
[0012] 鑑於爐溫溫度低於300°時爐溫溫度不易快速升高，而在爐溫溫度達到或高於 300°時爐內溫度可以迅速升高，步驟D中所述的中間溫度閾值T為300°。
[0013] 步驟D中所述的小火長明的方式的控制方法為：控制該溫控區的各燒嘴小火點 燃，並通過脈衝控制器控制該溫控區各燒嘴大火的點燃與熄滅。
[0014] 步驟D中所述的小火熄滅的方式的控制方法為：控制該溫控區的各燒嘴大火熄 滅，並通過脈衝控制器控制該溫控區各燒嘴小火的點燃與熄滅。
[0015] 與現有技術相比，本發明的優點在於： (1)本發明所述的溫控系統將所述燒嘴分別設置在相應溫控區的兩側，可通過兩側的 燒嘴工作時的對流傳熱，使得爐膛內各溫控區空間內溫度的相對均勻，從而在熱流由遠離 煙道的一側向煙道側湧動過程中，可在很大程度上避免靠近煙道一端和遠離煙道一端的溫 控區的溫度波動較大的弊端。
[0016] (2)本發明所述的溫控系統的PLC控制器與一上位機相連，使用時，可通過上位機 設置參數，一方面可以提高工作效率，另一方面可以避免對溫控器儀表面板的頻繁操作對 溫控器的磨損，從而增加本發明的使用壽命，降低生產成本；此外，上位機的使用，實現了對 熱處理爐內溫度的遠程監控，有利於熱處理爐的遠程管理。
[0017] (3)本發明所述的溫控系統還包括無紙記錄儀，其可以用於存儲每道工序中溫度 的實際工藝曲線，以提供歷史數據的比較、分析功能，在很大程度上具有生產管理的功能， 以供生產人員對爐內溫度參數及時進行整定。
[0018] (4)本發明所述的溫控方法，通過對各溫控區當前溫控時段的目標溫度、實際溫 度、經過該溫控時段的目標溫控時長和經過該溫控時段的保溫觸發溫度差值AT等參數的 計算與處理，可實現對每個溫控區的溫度的調控，既能在工藝要求的時間內達到目標溫度， 也不會造成溫度的波動，控溫效果穩定、平滑，能夠實現溫度的連續漸變，避免爐內溫度差 較大的溫度變化調節，可確保爐內溫度的均勻性，較為實用。
[0019] (5)本發明所需的各參數，如熱處理過程中各溫控時段的目標溫度以及經過該時 段的目標溫控時長和保溫觸發溫度差值△ T等，可通過溫控器的面板或上位機進行設置， 各溫控區的燒嘴的大小火點燃方式可通過脈衝控制器的輸出電流進行相應的自動控制，體 現了現代自動化技術的優越性，保證了系統的智能化，確保了特殊工況下的安全性；此外， 各溫控區的燒嘴的大小火點燃方式的自動控制方式的使用，確保了爐內溫度的均勻性，且 可實現節能環保的目的，較為實用。
[0020] 由此可見，本發明與現有技術相比，具有突出的實質性特點和顯著的進步，其實施 的有益效果也是顯而易見的。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021] 圖1為本發明所述臺車式燃氣熱處理爐溫控系統的原理框圖。

【具體實施方式】
[0022] 為使本發明的技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖，以尺寸為 14mX6mX5m(長、寬、高）的臺車式燃氣熱處理爐為例，對本發明的技術方案進行完整地 描述。
[0023] 其中，本實施方式中的臺車式燃氣熱處理爐的裝爐量< 540t，爐體為固定鋼結構 長方體，長度方向一側開口設置可升降爐門。
[0024] 圖1所示的一種臺車式燃氣熱處理爐溫控系統，包括沿爐體的長度方向分布的四 個溫控區，第一溫控區、第二溫控區、第三溫控區和第四溫控區。各溫控區對應爐體的兩側 分別安有兩個燒嘴，各溫控區兩側的燒嘴位置相對。各溫控區的頂部分別安有一熱電偶；各 溫控區的熱電偶分別連有一溫控器，第一溫控區和第二溫控區的溫控器通過同一脈衝控制 器分別與第一溫控區和第二溫控區的各燒嘴相連。本系統還包括一 PLC控制器，PLC控制 器通過一通訊轉換器連接各溫控區的溫控器，該通訊轉換器採用DP200通訊轉換器，用於 實現PLC控制器的ProFiBus DP協議與溫控器的RS232協議之間的轉換。此外，PLC控制 器還連接一上位機。
[0025] 其中，在本實施方式中，上位機採用PC機，其通過HMI軟體，完成人機互動、工藝參 數設定、現場監控、歷史數據存取功能。PLC控制器，為可編程控制器，由中央處理器和開關 量、模擬量以及熱電偶等輸入輸出模塊構成，通過梯形圖、LAD、STL等語言編程實現邏輯控 制和安全保護；溫控器，採用FP93溫控器，用於檢測現場的溫度熱電偶輸入信號，是調節控 溫電流輸出的一體化數顯儀表，帶有操作面板，具有與PLC控制器通訊的功能。本系統所 需的溫控參數可以通過溫控器的操作面板進行設定，也可以通過PLC控制器以通訊方式寫 入，設置方式多樣，可互為備用，增加了本系統使用的靈活性與可靠性。其中，HMI還可自動 記憶新的工件熱處理曲線配方，分類記錄不同需求的工件熱處理信息，生成數據報表，以便 對生產情況進行管理。
[0026] 其中，上述FP93溫控器，可輸出4?20mA電流信號，且每臺溫控器可根據溫度控 制範圍設計六組獨立的PID控制算法，包括輸出限幅參數、抗超調抑制係數、伺服啟動功能 等，這樣PID參數可跟隨溫度設定自動地轉換，實現各溫控段溫度的無超調高精度PID控 制。
[0027] 此外，在本實施方式中，脈衝控制器採用SMPTl脈衝控制器，可以根據來自FP93溫 控器的電流信號，輸出可變脈衝來控制燒嘴的燃燒時間與燃燒時序，從而調整每個溫控區 的相應的燒嘴的工作時間和頻率，從而實現爐內按照設定的溫控參數進行升溫、保溫和降 溫的控制。其中，上所涉及的溫控參數可通過溫控器或上位機進行設定，使用靈活，且可通 過上位機實現對臺車式燃氣熱處理爐內溫度的遠程查看與控制，較為實用。
[0028] 此外，在本實施方式中，所述的上位機連有一報警器。該報警器採用聲光報警器， 用於系統報警，如當燒嘴點火失敗時，發出聲光報警，以便提醒生產人員及時維修。
[0029] 此外，在本實施方式中，PLC控制器還通過另一通訊轉換器連有一無紙記錄儀，所 述的無紙記錄儀與所述的各熱電偶相連。其中，此處的通訊轉換器採用DP200通訊轉換器， 用於完成無紙記錄儀RS232協議與PLC控制器ProFiBus DP協議之間的轉換。所述的無紙 記錄儀採用AXllO無紙記錄儀，具有多通道熱電偶輸入，用於完成每道工次的溫度曲線的 記錄；且記錄的溫度曲線可通過該無紙記錄儀的面板直接查看，或可通過該無紙記錄儀的 MMC或USB接口傳輸至PC機，以便通過軟體對爐溫變化進行工藝分析。
[0030] 此外，為增加本系統使用的安全性與穩定性，在爐膛內還設有壓力傳感器和風壓 傳感器，壓力傳感器通過排煙壓力調節器與排煙閥操作器相連，用於通過反饋的壓力控制 排煙閥的開度。風壓傳感器通過風壓調節器與風機相連，通過現場反饋調節風機的轉速。所 述風機為變頻風機。此外，PLC控制器通過一單獨的DP200通訊轉換器與排煙壓力調節器 和風壓調節器相連，在反饋的檢測值超過預設的相應閾值時，PLC控制器通過控制器控制報 警，以便及時提醒生產人員及時處理，從而增強本系統使用的安全性。此外，當爐壓高於預 先設定的上限值、燃氣壓力低於預先設定的下限值時，系統將自動控制停爐。
[0031] 其中，熱處理工序開始時，首先根據工件的熱處理要求確定好烘爐溫度曲線，並選 擇通過上位機設定各溫控區內的各溫控時段的目標溫度以及經過該時段的目標溫控時長， 如下表所示：

【權利要求】
1. 一種臺車式燃氣熱處理爐溫控系統，包括沿爐體的長度方向分布的多個溫控區，其 特徵在於：各溫控區的兩側分別安有多個燒嘴，各溫控區的頂部分別安有熱電偶；各熱電 偶分別連有一溫控器，每個溫控區的溫控器分別通過脈衝控制器與該溫控區的燒嘴相連； 還包括一 PLC控制器，PLC控制器通過一通訊轉換器連接各溫控器；PLC控制器還連接一上 位機。
2. 根據權利要求1所述的臺車式燃氣熱處理爐溫控系統，其特徵在於：所述的上位機 還連有一報警器。
3. 根據權利要求1或2所述的臺車式燃氣熱處理爐溫控系統，其特徵在於：所述的上 位機為PC機或工控機。
4. 根據權利要求1或2所述的臺車式燃氣熱處理爐溫控系統，其特徵在於：PLC控制器 還通過另一通訊轉換器連有一無紙記錄儀，所述的無紙記錄儀與所述的各熱電偶相連。
5. -種使用權利要求1所述的臺車式燃氣熱處理爐溫控系統的臺車式燃氣熱處理爐 溫控方法，其特徵在於，包括統一預設熱處理過程中各溫控時段的目標溫度Tg以及經過該 時段的目標溫控時長和保溫觸發溫度差值AT，對於各溫控區的各溫控時段，均有以下溫控 步驟： A、 實時檢測當前溫控時段的實際溫度^，並對當前溫控時段的當前溫控時長進行統 計； B、 將當前溫控時段的當前溫控時長與該溫控時段的目標溫控時長進行大小比較，若當 前溫控時長彡該溫控時段的目標溫控時長，則執行步驟C，否則執行步驟F ; C、 實時計算上述實際溫度^與該溫控時段的目標溫度Tg的實際差值At=t$- T g，並將計算所得的實際差值I At|與預設的保溫觸發溫度差值AT進行大小比較，若 A 11〈 A T，貝#丸行步驟D ;否貝#丸行步驟E ; D、 將上述實際溫度與預設的中間溫度閾值T進行大小比較，若T，則採用小火熄滅的方式對該溫控時段進行保溫控 制； E、 控制溫控區內各燒嘴小火點燃，並通過溫控區內溫控器的電流輸出控制溫控區內各 燒嘴大火的點燃與熄滅； F、 當前溫控時段的溫控結束。
6. 根據權利要求5所述的臺車式燃氣熱處理爐溫控方法，其特徵在於，步驟D中所述的 中間溫度閾值T為300°。
7. 根據權利要求5所述的臺車式燃氣熱處理爐溫控方法，其特徵在於，步驟D中所述的 小火長明的方式的控制方法為：控制該溫控區的各燒嘴小火點燃，並通過脈衝控制器控制 該溫控區各燒嘴大火的點燃與熄滅。
8. 根據權利要求5所述的臺車式燃氣熱處理爐溫控方法，其特徵在於，步驟D中所述的 小火熄滅的方式的控制方法為：控制該溫控區的各燒嘴大火熄滅，並通過脈衝控制器控制 該溫控區各燒嘴小火的點燃與熄滅。
【文檔編號】C21D11/00GK104451119SQ201410580383
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年10月27日 優先權日:2014年10月27日
【發明者】王軼, 李忠, 王雲彪, 王寶國, 高豐 申請人:山東鋼鐵股份有限公司