CN102134634B - 燃气式生产线炉体闭环控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明应用于装甲钢板的加热压淬生产，涉及一种燃气式生产线炉体闭环控制方法及装置。通过采用双炉体加热结构，改变以往单炉区传动的方式，在工艺时间内可以同时处理两张整甲板，形成连锁的闭环控制系统，实现生产线的自动运行、炉门的自动开闭。并且首次在薄板的生产过程中应用激光热金属检测器技术。所有的操作全部由各种信号反馈加以控制、连锁；操作人在将产品放置在上料台架上后到产品生产完毕到达卸料台架，一切操作均在电脑软件的控制之下自动完成，无需人工进行监测、调整，将工艺参数固化在生产实践中，避免了各种人为因素的影响，得以使得产品性能、质量得到保证。

Description

燃气式生产线炉体闭环控制方法

技术领域

本发明应用于装甲钢板的加热压淬生产，涉及一种燃气式生产线炉体闭环控制方法。

背景技术

过去多年来，加热介质主要以电阻式和燃油式为主，他们各有优缺点，电阻式优点是无污染、温度控制精度高、设备制造简单、生产成本较低、温度控制自动化，缺点是造价相对较高、对电网要求较高、加热功率低、升温速度慢、生产效率低、受各地区供电影响比较大；燃油式加热炉优点是升温速度快、生产效率高、受地区环境影响少，缺点是烧嘴设计落后、空气污染严重、生产环境恶劣、生产费用相当高、温度控制精度不高，不能实现控制自动化、全部手工操作、劳动生产强度大。

燃气式辊底炉加热生产线没有得到较大的推广的原因，有多年来烧嘴设计不能满足生产实际使用，导致生产效率低；天燃气供应不足，基础设施不配套；温度控制精度不高，温度波动大；控制不能实现自动化，生产强度高。但是随着技术水平的不断进步，城市天然气供应的加强，燃气式加热炉的优势逐渐体现出来，首先燃气与燃油相比具有成本低，升温速度可以与燃油式达到同样水平，随着烧嘴水平进步、满足自动燃烧的要求，控温理论改进、控温软件的提高，控温精度大幅提高，所以特别是在大型加热炉方面有逐步取代燃油式和电阻式加热炉的趋势。

在整个生产线的控制上，以往加热炉炉温控制完全采用手工控制，人工控制所有烧嘴的燃烧，劳动强度大，环境条件差，控温的精度完全凭借着操作者的经验，随意性大；甲板的整个进出料系统也完全由人工控制，精度、可重复性、可靠性都依赖于操作者的经验；甲板的炉内位置采用计数器控制，控制位置、控制精度、程序可重复性能都比较差；同时由于人员流动比较频繁，不利于工厂的持续发展。随着新兴工艺技术也越来越先进越来越成熟，甲板生产线的控制也已由人工手动操作迈向自动智能控制、一体化集成控制的方向。

发明内容

本发明提供的燃气式生产线炉体闭环控制方法，使生产线除上下料过程需要人工操作以外，从进料、加热、出料、压淬、转运都完全由控制系统完成，操作人员只要根据产品的不同选择相应的工艺参数即可。

该燃气式生产线炉体闭环控制方法基于以下闭环控制装置，所述燃气式生产线炉体闭环控制装置包括进料控制、炉内位置控制、压淬位置控制、卸料位置控制，进出料炉门开闭；其中：进料位置控制，在上料台架上安装冷板光电开关；炉内位置控制，在前后炉门内相应位置处的炉墙外安装激光限位开关；压淬位置控制和卸料位置控制，安装限位装置与控制系统相连；卸料位置控制：在卸料台架上安装限位装置；上述的产品炉内位置确定采用激光热金属检测器方式，加热炉系统分为双炉区结构；所述进出料炉门的开闭控制包括正常开启高度、维修开启高度、极限开启高度位置；通过控制上料台架冷板检测信号、进料炉门激光检测器、炉内激光检测器、出料炉门激光检测器、淬火压床限位器信号实现炉门的开启和闭合；

该燃气式生产线炉体闭环控制方法的具体步骤为：

（1）上料:吊装甲板一张，在上料台架上等待入炉指令，入炉指令启动，进料炉门打开，上料炉辊、加热1段或加热2段炉辊应同时同速转动，将甲板定位于相应位置，当确认甲板已经进入炉内后，进料炉门关闭；

（2）加热：两块甲板在加热1段和加热2段内左右摆动，炉内温度在规定的升温时间内加热到保温温度，保证炉温均匀性在±10℃；

（3）出炉：满足工艺要求后甲板出炉，出炉时出料炉门抬起，加热1段或加热2段和淬火压床炉辊同速转动，将热处理后的甲板送出加热炉，不应出炉的产品还在相应位置处理，待产品确定出炉后，出料炉门关闭；

（4）淬火：甲板进入淬火区后，通过位置控制，使得甲板位于淬火压床的相应位置，下压床压头抬起，将甲板与上压床压头压紧，确定压紧后给水，完成淬火后，关闭水阀停止给水，下压头下降；

（5）下料：当甲板淬火后，重新到达炉辊时，淬火压床辊道和下料台架辊道同时转动，将甲板转运至下料台架的转运区相应位置，等待转运。

（6）压型：需要压型的甲板在到达转运区后，应送到亚压型区进行压型。

上料台架、炉体传动、淬火压床台架采用变频电机控制。

本发明的有益效果：本设计生产线采用双炉区结构，在工艺时间内可以同时处理两张整甲板，这样就可以提高生产效率。两个工作区分别由一组链条带动，分别独立运行，通过变频电机和控制装置来满足使用。对于两个炉区在炉体设计、温度控制、运动程序上提出了更高的要求，满足温度的一致性、保温时间的一致性、机械运动上独立性的目的。通过采用双炉区炉体结构、全自动化生产等技术的应用，大大提高了燃气的利用率，使得产品处理成本大幅下降，生产能力提高50%，满足年产2万吨薄钢板的生产能力；按照正常的生产方式，目前产品的能源生产成本为300元/吨，大大低于燃油成本3000元/吨，成本下降为90%，按照年产10000吨产品计算，节约成本为2700万。同时，其所带来的环境成本的消耗更是无法估量的。

附图说明

图1本发明中装2块甲板的淬火回火工艺出入炉示意图；

图2本发明中装4块甲板压型工艺出入炉示意图。

具体实施方式

本发明提供的燃气式生产线炉体及控制装置包括双炉体热处理加热炉系统、控制系统为其中的重要组成系统，对于整条生产线的高效、正常运转起着关键作用。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

参见图1,甲板1上料台架待命→甲板1入炉到加热2段→甲板2上料台架待命→甲板2进入加热1段→甲板1和甲板2在各加热段慢速摆动→加热2段甲板1进入淬火区→甲板2在加热1段等待出炉→甲板1进行淬火→甲板1转运完成→甲板2出炉→甲板2进行淬火→甲板2转运完成→一个工作周期结束。

整板生产工艺要求炉内装2张甲板、每段各1张。

（1）上料:吊装甲板一张，在上料台架上等待入炉指令，入炉指令启动，进料炉门打开，上料炉辊、加热1段及加热2段炉辊应同时同速转动，将第1块甲板定位于加热2段，当确认甲板已经进入炉内后，进料炉门关闭；然后，在上料台架上，吊装第2张甲板，在上料台架上等待进料指令，进料指令启动，进料炉门打开，上料炉辊、加热1段炉辊应同时同速转动，将第2块甲板定位于加热1段，当确认甲板已经进入炉内后，进料炉门关闭。

（2）加热：两块甲板在加热1段和加热2段内左右慢速摆动，摆动速度摆动距离要求保证在一定范围内内，与进出料炉门保持合适的距离。由于冷板进炉会造成温度的下降，炉内温度在规定的升温时间内加热到保温温度，并且保证炉温均匀性在±10℃；升温时间和保温时间按照不同的工艺时间确定。

（3）出炉：当满足工艺要求后，甲板就可以出炉了。出炉时，出料炉门抬起，加热2段和淬火压床炉辊同速转动（此时加热1段炉辊仍然保持在加热1段内慢速转动），加热2段甲板出炉，进入淬火压床，出料炉门关闭；等甲板淬火后，压床辊道和下料台架辊道上没有甲板的情况下，出料炉门抬起，加热1段、加热2段及淬火压床辊道同速转动，将加热1段甲板送出加热炉，到达淬火压床，出料炉门关闭。

（4）淬火：甲板进入淬火区后，通过位置控制，使得甲板位于淬火压床的合适位置，一旦到达相应位置，下压床压头抬起，在5-7秒之内将甲板与上压床压头压紧，确定压紧后给水，给水时间按相应工艺确定。完成淬火后，关闭水阀停止给水，下压头下降。

（5）下料：当甲板淬火后，重新到达炉辊时，淬火压床辊道和下料台架辊道同时转动，将甲板转运至下料台架的转运区相应位置，等待转运。

参见图2：甲板1组上料台架待命→甲板1组入炉到加热2段→甲板2组上料台架待命→甲板2组进入加热1段→甲板1组和甲板2组在各加热区慢速摆动→加热2段甲板1出炉到压型区→剩余甲板仍在炉内等待出炉→加热2段甲板2出炉到压型区→剩余甲板仍在炉内等待出炉→加热2段甲板3出炉到压型区→甲板2组甲板4出炉到压型区→剩余甲板仍在加热2段等待出炉→甲板2组甲板5出炉到压型区→剩余甲板仍在加热2段等待出炉→甲板2组甲板6出炉到压型区→一个工作周期结束

甲板压型热处理工艺，此工艺要求炉内装4-6张压型甲板、每段各2-3张，。

1)上料：吊装第一组压型板（2-3张）,在上料台架上码放好，并保持一定的距离间隔，等待入炉指令；入炉指令启动，炉门打开，上料炉辊、加热1段炉辊、加热2段炉辊同时转动，并且保持相同的速度，将这一组压型板定位于加热2段；当确认甲板已经进入炉内后，进料炉门关闭；吊装第二组压型板（2-3张）,在上料台架上码放好，保持一定的距离间隔，等待入料指令，入炉指令启动，同时进料炉门开启，上料炉辊、加热1段炉辊应同时转动，并且保持相同的速度，将这一组压型板定位于加热1段；当确认甲板已经进入炉内后，进料炉门关闭。

2)加热：两组甲板在加热1段和加热2段内左右慢速摆动，摆动距离要求保证在1500mm内，与炉门保持500mm的距离。由于冷板进炉会造成温度的下降，炉内温度在规定的工艺时间内加热到工艺温度，并且保证炉温均匀性在±10℃；

3)出炉：当甲板满足工艺要求温度后，甲板就可以出炉了。出料炉门抬起，加热1段还保持自己的慢速摆动，加热2段炉辊和压床辊道及下料台架辊道同时启动，第一组的第一块甲板出炉，到转运区准备压型，第一块甲板出炉完成后炉门关闭，剩下的甲板仍然在加热1段内慢速摆动运行，压床辊道及下料台架辊道在甲板到压型位置后停止。保证每一组中的每一块甲板分次出炉，不能出现多块甲板同时出炉的现象。在加热2段最后一块甲板出炉压型完成后，开始压型加热1段甲板。出料炉门抬起，加热1段、加热2段、压床辊道及下料台架辊道同时转动，将加热2段的第一块甲板出炉压型，确认第一块甲板出炉后，出料炉门关闭，加热1段、加热2段慢速摆动运行，此时第二组剩余的甲板在加热1段内慢速摆动运行，等待再次出炉。压床辊道及下料台架辊道在甲板到达位置后关闭。在加热2段最后一块甲板出炉后，关闭出料炉门，出炉全部完成。

4)压型：甲板出炉后，通过辊道到达压型区，完成压型。

本发明生产线采用双炉区结构，改变以往单炉区传动的方式，在工艺时间内可以同时处理两张整甲板，这样就可以提高生产效率。两个工作区分别由两组链条带动，分别独立运行，通过变频电机和控制装置来满足使用。对于两个炉区在炉体设计、温度控制、运动程序上提出了更高的要求，满足温度的一致性、保温时间的一致性、机械运动上独立性、速度的一致性、可调性提出了新的要求。以往的速度控制全部是固定的，在生产线设计的时候就加以确定，但是由于对于设备的出事估算不足等问题，会造成实际应用的结果并不能达到实际要求，这就会给以后在使用中带来问题，增加工艺难度。这样就对于生产线上上料台架、炉体传动、淬火压床台架全部采用变频电机控制，通过变频器实现速度的可调性、一致性。速度的可调性将会使得生产不同规格的零件时，可以制定不同的生产速度，既可以提高生产效率、又方便工艺的有效执行；速度的一致性保证产品在进炉、炉内、出炉、转运这些过程中不发生滑动、迟滞等问题，有利于产品的顺利运动、位置控制的准确性。

产品的位置控制，对于整个生产线的自动运行具有十分重要的意义。其中包括进料控制、炉内位置控制、压淬位置控制、卸料位置控制这几部分。具体实现方法为：进料位置控制在上料台架上安装冷板光电开关；炉内位置控制在前后炉门内相应位置处的炉墙外安装激光限位开关，保证产品不发生顶撞炉门的现象；压淬位置控制和卸料位置控制，安装限位装置与控制系统相连；卸料位置控制：在卸料台架上安装限位装置，保证产品正确、稳定停在卸料台架上；所有控制装置要保持稳定，保证不能受炉体运行震动、外界温度、水的影响，同时带有保护装置，防止在工作中由于工作疏忽、温度等问题造成部件损坏；控制全部由电脑自动控制、显示。

产品炉内位置确定采用激光热金属检测器方式。以往炉内产品的位置一直是一个重要的难题。我们是采用双炉体结构，一次炉内需加热两块甲板，为了实现产品在加热炉内的左右往复摆动，必须确定产品炉内的位置，但是以往因为技术问题，只能采用间接方式（通过计算产品进炉的时间、产品在一定时间内走完的距离来确定），但是这就会导致由于产品的大小、长短、滑动、转动等因素，使得真实的位置与计算的位置出现极大的偏差，使得产品顶撞炉门、产品滑下传动炉辊、叠板等问题，给设备的安全运行和正常生产带来极大的影响，而且一旦问题出现就无法及时得到解决，造成生产效率的极大下降。为了改变以往间接测量的问题，通过四组激光热金属检测器直接测量产品位于炉内的位置，根据产品的不同状态，调整相关的参数，为自动化运行提供信号，使得产品可以在炉内两个加热段内分别自动运行，相互之间没有任何干扰，就像两台炉子一样，这样可以大大提高生产效率，达到炉体传动的独立性与联系性。这是首次将激光热金属检测器技术应用于薄板的生产过程中。

进出料炉门的开闭控制包括正常开启高度、维修开启高度、极限开启高度等位置。以往炉门的开启和关闭由人工完成，无法实现自动化。现在通过与上料台架冷板检测信号、进料炉门激光检测器、炉内激光检测器、出料炉门激光检测器、淬火压床限位器等多组信号实现炉门的开启和闭合，为整条生产线的顺利运行提供保证。通过集成燃烧控制、炉温控制、传动控制、位置控制等闭环控制系统，实现大尺寸装甲板加热淬火的高可靠性自动化生产。

所有的操作全部由各种信号反馈加以控制、连锁。所以一旦设备运行发生问题，就会发出提示，同时会根据产生问题原因、严重程度提出报告，方便操作人员自行解决、或者及时联系有关技术人员提供帮助；不会产生以往设备出现问题，操作工人和维修人员一时无法找到问题的现象，大大减少了问题查找时间、提高了维修的及时性。

本发明生产线设计有进料程序、炉内摆动程序、出料程序、压淬程序、卸料转运程序多组自动程序，还配有上料视频监控系统、语音提示系统。操作人在将产品放置在上料台架上后到产品生产完毕到达卸料台架，一切操作均在电脑软件的控制之下自动完成，无需人工进行监测、调整，将工艺参数固化在生产实践中，避免了各种人为因素的影响，得以使得产品性能、质量得到保证。

Claims (2)

1.燃气式生产线炉体闭环控制方法，其特征在于， 

该方法基于燃气式生产线炉体闭环控制装置，所述燃气式生产线炉体闭环控制装置包括进料位置控制、炉内位置控制、压淬位置控制、卸料位置控制、进出料炉门开闭控制；所述进料位置控制，在上料台架上安装冷板光电开关；所述炉内位置控制，在前后炉门内相应位置处的炉墙外安装激光限位开关；所述压淬位置控制和卸料位置控制，安装限位装置与控制系统相连；卸料位置控制：在卸料台架上安装限位装置；产品炉内位置确定采用激光热金属检测器方式，加热炉系统分为双炉区结构；所述进出料炉门开闭控制包括正常开启高度、维修开启高度、极限开启高度位置；通过控制上料台架冷板检测信号、进料炉门激光检测器信号、炉内激光检测器信号、出料炉门激光检测器信号、淬火压床限位器信号实现炉门的开启和闭合； 

该方法的具体步骤为： 

（1）上料:吊装甲板一张，在上料台架上等待入炉指令，入炉指令启动，进料炉门打开，上料炉辊、加热1段或加热2段炉辊应同时同速转动，将甲板定位于相应位置，当确认甲板已经进入炉内后，进料炉门关闭；然后，在上料台架上，吊装第2张甲板，在上料台架上等待进料指令，进料指令启动，进料炉门打开，上料炉辊、加热1段或加热2段炉辊应同时同速转动，将第2块甲板定位于相应位置，当确认第2张甲板已经进入炉内后，进料炉门关闭； 

（2）加热：两块甲板在加热1段和加热2段内左右摆动，炉内温度在规定的升温时间内加热到保温温度，保证炉温均匀性在±10℃； 

（3）出炉：满足工艺要求后甲板出炉，出炉时出料炉门抬起，加热1段或加热2段和淬火压床炉辊同速转动，将热处理后的甲板送出加热炉，不应出炉的甲板还在相应位置处理，待甲板确定出炉后，出料炉门关闭； 

（4）淬火：甲板进入淬火区后，通过位置控制，使得甲板位于淬火压床的相应位置，下压床压头抬起，将甲板与上压床压头压紧，确定压紧后给水，完成淬火后，关闭水阀停止给水，下压头下降； 

（5）下料：当甲板淬火后，重新到达炉辊时，淬火压床辊道和下料台架辊道同时转动，将甲板转运至下料台架的转运区相应位置，等待转运； 

（6）压型：需要压型的甲板在到达转运区后，应送到压型区进行压型。 

2.如权利要求1所述的燃气式生产线炉体闭环控制方法，其特征在于：上料台架、炉体传动、淬火压床台架采用变频电机控制。 

Images