CN103436683B - 一种管式连续退火炉的智能控制系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管式连续退火炉的智能控制系统和方法，属于智能控制技术领域。本发明是在现有退火装置上进行技术改进，分别对辅助推辊驱动电机、引导辊驱动电机、收线盘驱动电机和排线控制模块进行智能化控制；对退火炉和烘干炉加装温度传感器，智能控制退火及烘干温度；上述控制均由参数输入和显示模块或计算机来实现，达到远程监测和控制的目的。本发明不仅可以保证线材在退火炉中零张力运行，避免线材在受热软化后拉长；并且退火后的线材能够实现恒张力收线，且退火炉和烘干炉的温度控制精度高，保证运行于炉中的线材一直处于最佳的再结晶状态，节能效果好；同时，本发明的自动化程度高，实现了远程监测和智能控制。

Description

一种管式连续退火炉的智能控制系统和方法

技术领域

本发明涉及一种智能控制系统和方法，更具体地说，涉及一种管式连续退火炉的智能控制系统和方法。

背景技术

目前，经过拉丝机的拉丝模拉丝成型的圆铜线由于组织硬度较高而不能直接使用，通常需要进行退火软化处理。现有的管式退火装置主要包括按工艺步骤布置安装于机架上的退火炉（4）、辅助推辊（2）、导轮（3）、冷却槽（6）、吹扫装置（7）、连接于吹扫装置（7）的风机（5）、烘干炉（8）、引导辊（9）、分线轮（10）、布置于机架两侧的放线盘（1）、机架末端的收线箱（12）和收线箱（12）上设置的排线杆（11）及收线盘（13），各放线盘（1）上的铜丝经辅助推辊（2）、导轮（3）的导向和引导辊机构牵引，铜线分别进入退火炉（4）中对应的退火炉管内；铜线经退火炉管退火后，先经过冷却槽（6）的冷却，再通过吹扫装置（7）将其上的水分吹除，然后经过烘干炉（8）的烘干，最后经过收线箱（12）收线，在排线杆（11）的来回摆动过程中，每根铜线均匀缠绕于一个收线盘（13）上，从而完成整套退火工艺，达到使铜线软化的目的。国内现有的管式退火机大都是很久以前引进的产品或技术，设备陈旧、控制精度低和节能效果差，已经不能满足生产厂家的要求，亟需对该项技术进行研究开发，对陈旧设备进行技术改造。

经专利检索，已有针对现有退火机进行改进的技术方案公开，如中国专利号ZL201010124129.5，授权公告日为2012年3月21日，发明创造名称为：金属线材感应加热退火装置，该申请案涉及一种金属线材感应加热退火装置，包括依次前后设置的张紧输送机构、感应加热退火机构和绕丝动力机构，张紧输送机构、感应加热退火机构和绕丝动力机构上分别设有至少一个输送金属线材的走向导轮。该申请案采用电磁感应的加热退火方式，能效高、无污染、使用方便、速度快，可以快速启动和关闭，无需预热，但其不足之处在于，该申请案的一种金属线材感应加热退火装置的自动化程度不高，无法实现远程监控和智能控制，仍然需要操作人员现场监视装置运行和调试设备。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于克服现有退火炉自动化水平低，无法实现远程监控和智能控制的不足，提供一种管式连续退火炉的智能控制系统和方法，采用本发明提供的技术方案，不仅可以保持线材零张力退火，避免线材在退火炉中受热软化后拉长，保证线径稳定；而且退火炉和烘干炉的温度控制精度高，保证线材一直处于最佳的再结晶状态，节能效果好；同时，本发明的自动化程度高，实现了远程监测和智能控制。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种管式连续退火炉的智能控制系统，包括放线控制单元、引导单元、收线控制单元和单片机控制机板，其中：所述的放线控制单元包括辅助推辊、辅助推辊驱动电机和辅助推辊电机调节器，所述的辅助推辊电机调节器通过控制线与辅助推辊驱动电机相连，所述的推辊驱动电机与辅助推辊相连，所述的辅助推辊电机调节器通过控制线与单片机控制机板相连；所述的引导单元包括引导辊、引导辊驱动电机和引导辊电机调节器，所述的引导辊电机调节器通过控制线与引导辊驱动电机相连，所述的引导辊驱动电机与引导辊相连，所述的引导辊电机调节器通过控制线与单片机控制机板相连；所述的收线控制单元包括收线盘、收线盘驱动电机、收线盘电机调节器和实现往复运动的排线控制模块，所述的收线盘与收线盘驱动电机相连，所述的收线盘驱动电机通过控制线与收线盘电机调节器相连，所述的收线盘电机调节器、排线控制模块分别通过控制线与单片机控制机板相连。

更进一步地，还包括温控单元，所述的温控单元包括温度传感器和智能温控模块，所述的温度传感器分别设置于退火炉的前段、中段、后段以及烘干炉内，且均通过控制线与智能温控模块相连。

更进一步地，还包括参数输入和显示模块，所述的单片机控制机板、智能温控模块均通过控制线与参数输入和显示模块相连。

更进一步地，还包括计算机，所述的单片机控制机板、智能温控模块均通过RS485总线与计算机相连。

更进一步地，所述的辅助推辊驱动电机为功率0.55KW的三相异步电机，所述的引导辊驱动电机为功率0.75KW的三相异步电机。

更进一步地，还包括张力监测单元，所述的张力监测单元包括张力传感器、分线轮和模拟信号调理电路，所述的张力传感器设置于分线轮上，且通过控制线与模拟信号调理电路相连接，所述的模拟信号调理电路通过控制线与单片机控制机板相连。

更进一步地，所述的收线盘驱动电机为力矩电机。

本发明的一种管式连续退火炉的智能控制方法，其步骤为：

（1）放线：在辅助推辊驱动电机的驱动下，线材经过导轮和辅助推辊从放线盘中抽出，辅助推辊驱动电机的转速由辅助推辊电机调节器控制，辅助推辊电机调节器接受来自单片机控制机板的指令；

（2）退火、烘干：经过步骤（1）后，线材进入退火炉的退火炉管中，退火炉的前段、中段、后段设置的温度传感器采集退火炉内各段的温度，并通过智能温控模块反馈给计算机或参数输入和显示模块，经过判断分析后，计算机或参数输入和显示模块控制退火炉前段、中段、后段的加热管加热或降温，使退火炉管内运行的线材处于最佳的再结晶状态；退火后的线材经冷却槽冷却、风力吹扫后进入烘干炉中，烘干炉中设置的温度传感器采集烘干炉内的温度，并通过智能温控模块反馈给计算机或参数输入和显示模块，控制烘干炉内的温度保持恒定；

（3）引导：经过步骤（2）的退火、烘干工艺处理后的线材进入引导单元，引导辊驱动电机拉动线材在引导辊上平稳运行，引导辊驱动电机的转速由引导辊电机调节器控制，引导辊电机调节器接受来自单片机控制机板的指令，使得引导辊的转动与步骤（1）中的辅助推辊的转动保持同步；

（4）张力监测：线材经过步骤（3）的引导进入张力监测单元，安装于分线轮上的张力传感器采集线材的张力，经过模拟信号调理电路转换后传送给单片机控制机板，并反馈给计算机或参数输入和显示模块，从而得到张力误差数据；

（5）收线：步骤（4）中得到的张力误差数据经过单片机控制机板分别传送给收线盘电机调节器和排线控制模块，收线盘电机调节器调节收线盘驱动电机的电压，保持线材的张力恒定；排线控制模块同步调节排线杆的往复运动速度，使得收线均匀整齐。

更进一步地，步骤（5）中所述的排线控制模块根据线材的直径参数，进行自动调节往复运动速度。

更进一步地，所有模块的运行与参数的设置均通过计算机或参数输入和显示模块进行远程监测和控制。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：

（1）本发明的一种管式连续退火炉的智能控制系统，包括放线控制单元、引导单元、收线控制单元，通过单片机控制机板保证放线控制单元中的辅助推辊和引导单元中的引导辊保持同步转动，保持线材零张力退火，收线控制单元保持恒定张力转动，避免线材在软化后拉长，保证线径稳定；

（2）本发明的一种管式连续退火炉的智能控制系统，其温控单元包括温度传感器和智能温控模块，温度传感器分别设置于退火炉的前段、中段、后段以及烘干炉内，且均与智能温控模块相连，提高了退火炉和烘干炉内的温度控制精度，保证线材一直处于最佳的再结晶状态，消除线材的残余应力，达到退火软化的目的，同时不浪费能源，节能效果好；

（3）本发明的一种管式连续退火炉的智能控制系统，其张力监测单元包括张力传感器、分线轮和模拟信号调理电路，张力传感器设置于分线轮上，且与模拟信号调理电路相连接，模拟信号调理电路与单片机控制机板相连，用于实时监测线材的张力，并通过单片机控制机板控制收线盘驱动电机进行电压调整，实现线材张力恒定；

（4）本发明的一种管式连续退火炉的智能控制方法，通过计算机或参数输入和显示模块控制所有模块的运行与参数的设置，实现了线材的自动化退火，并可以远程监测和智能控制，节省了人力资源；

（5）本发明的一种管式连续退火炉的智能控制方法，张力监测单元中得到的张力误差数据经过单片机控制机板分别传送给收线盘电机调节器和排线控制模块，收线盘电机调节器调节收线盘驱动电机的电压，保持线材的张力恒定，排线控制模块同步调节排线杆的往复运动速度，自动排线，使得收线均匀整齐。

附图说明

图1为本发明的一种管式连续退火炉的智能控制系统的原理图；

图2为现有技术中的管式连续退火装置的结构示意图。

示意图中的标号说明：

1、放线盘；2、辅助推辊；3、导轮；4、退火炉；5、风机；6、冷却槽；7、吹扫装置；8、烘干炉；9、引导辊；10、分线轮；11、排线杆；12、收线箱；13、收线盘。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图对本发明作详细描述。

结合图1，本发明的一种管式连续退火炉的智能控制系统是在现有的管式连续退火装置的基础上进行的技术改进（同时参见图2），即本发明的一种管式连续退火炉的智能控制系统可直接用于如图2所示的管式连续退火装置中，实现该装置的智能化控制。

本发明的一种管式连续退火炉的智能控制系统，包括放线控制单元、温控单元、引导单元、张力监测单元、收线控制单元和单片机控制机板，其中：放线控制单元包括辅助推辊2、辅助推辊驱动电机和辅助推辊电机调节器，辅助推辊电机调节器通过控制线与辅助推辊驱动电机相连，辅助推辊驱动电机与辅助推辊2相连，辅助推辊电机调节器通过控制线与单片机控制机板相连；温控单元包括温度传感器和智能温控模块，温度传感器分别设置于退火炉4的前段、中段、后段以及烘干炉8内，且均通过控制线与智能温控模块相连；引导单元包括引导辊9、引导辊驱动电机和引导辊电机调节器，引导辊电机调节器通过控制线与引导辊驱动电机相连，引导辊驱动电机与引导辊9相连，引导辊电机调节器通过控制线与单片机控制机板相连；张力监测单元包括张力传感器、分线轮10和模拟信号调理电路，张力传感器设置于分线轮10上，且通过控制线与模拟信号调理电路相连接，模拟信号调理电路通过控制线与单片机控制机板相连；收线控制单元包括收线盘13、收线盘驱动电机、收线盘电机调节器和实现往复运动的排线控制模块，收线盘13与收线盘驱动电机相连，收线盘驱动电机通过控制线与收线盘电机调节器相连，收线盘电机调节器、排线控制模块分别通过控制线与单片机控制机板相连。

本发明的一种管式连续退火炉的智能控制系统，还包括参数输入和显示模块或计算机，单片机控制机板、智能温控模块均通过控制线与参数输入和显示模块相连；单片机控制机板、智能温控模块均通过RS485总线与计算机相连。

下面结合实施例对本发明作进一步的描述。

实施例1

本实施例的一种管式连续退火炉的智能控制系统，包括放线控制单元、温控单元、引导单元、张力监测单元、收线控制单元、单片机控制机板和参数输入和显示模块，其中：

放线控制单元包括辅助推辊2、辅助推辊驱动电机和辅助推辊电机调节器，辅助推辊电机调节器通过控制线与辅助推辊驱动电机相连，辅助推辊驱动电机通过皮带轮、三角带与辅助推辊2相连，辅助推辊电机调节器通过控制线与单片机控制机板相连，辅助推辊驱动电机为功率0.55KW的三相异步电机，辅助推辊2用于将线材送进退火炉4；

温控单元包括温度传感器和智能温控模块，温度传感器分别设置于退火炉4的前段、中段、后段以及烘干炉8内，且均通过控制线与智能温控模块相连，提高了退火炉4和烘干炉8内的温度控制精度，保证线材一直处于最佳的再结晶状态，消除线材的残余应力，达到退火软化的目的，同时不浪费能源，节能效果好；

引导单元包括引导辊9、引导辊驱动电机和引导辊电机调节器，引导辊电机调节器通过控制线与引导辊驱动电机相连，引导辊驱动电机通过皮带轮、三角带与引导辊9相连，引导辊电机调节器通过控制线与单片机控制机板相连，引导辊驱动电机为功率0.75KW的三相异步电机，引导辊9起到拉引线材的作用，同时引导辊9的转速与辅助推辊2的转速保持一致，确保线材所受张力为零，避免线材在软化后拉长，保证线径稳定；

张力监测单元包括张力传感器、分线轮10和模拟信号调理电路，张力传感器设置于分线轮10上，且通过控制线与模拟信号调理电路相连接，模拟信号调理电路通过控制线与单片机控制机板相连，用于实时监测线材的张力，并通过单片机控制机板控制收线盘驱动电机进行电压调整，实现线材张力恒定；

收线控制单元包括收线盘13、收线盘驱动电机、收线盘电机调节器和实现往复运动的排线控制模块，收线盘13通过联轴器与收线盘驱动电机相连，收线盘驱动电机通过控制线与收线盘电机调节器相连，收线盘电机调节器、排线控制模块分别通过控制线与单片机控制机板相连。张力传感器测得的实时张力数据，经分析后分别传送到收线盘电机调节器和排线控制模块，控制收线盘驱动电机电压调节，同时排线控制模块控制排线杆11的往复摆动速度，自动排线，一方面保证收线过程中张力恒定，保证线径稳定，另一方面确保收线均匀整齐。

本实施例中的单片机控制机板、智能温控模块均通过控制线与参数输入和显示模块相连，根据线材材质与线径，通过参数输入和显示模块预先设定辅助推辊2、引导辊9的转速、收线张力以及退火炉4和烘干炉8的温度值，并显示于参数输入和显示模块中，各个传感器采集的数据信息均在参数输入和显示模块中进行处理，并给各个单元发出指令，调整数据误差，达到对整个系统的监测与控制的目的。

本实施例的一种管式连续退火炉的智能控制方法，以一段线材为例，其步骤为：

（1）放线：在辅助推辊驱动电机的驱动下，线材经过导轮3和辅助推辊2从放线盘1中抽出，辅助推辊驱动电机的转速由辅助推辊电机调节器控制，辅助推辊电机调节器接受来自单片机控制机板的指令；

（2）退火、烘干：经过步骤（1）后，线材进入退火炉4的退火炉管中，退火炉4的前段、中段、后段设置的温度传感器采集退火炉4内各段的温度，并通过智能温控模块反馈给计算机或参数输入和显示模块，经过判断分析后，参数输入和显示模块控制退火炉4前段、中段、后段的加热管加热或降温，使退火炉管内运行的线材处于最佳的再结晶状态；退火后的线材经冷却槽6冷却、风力吹扫后进入烘干炉8中，烘干炉8中设置的温度传感器采集烘干炉8内的温度，并通过智能温控模块反馈给参数输入和显示模块，控制烘干炉8内的温度保持恒定；

（3）引导：经过步骤（2）的退火、烘干工艺处理后的线材进入引导单元，引导辊驱动电机拉动线材在引导辊9上平稳运行，引导辊驱动电机的转速由引导辊电机调节器控制，引导辊电机调节器接受来自单片机控制机板的指令，使得引导辊9的转动与步骤（1）中的辅助推辊2的转动保持同步；

（4）张力监测：线材经过步骤（3）的引导进入张力监测单元，安装于分线轮10上的张力传感器采集线材的张力，经过模拟信号调理电路转换后传送给单片机控制机板，并反馈给参数输入和显示模块，从而得到张力误差数据；

（5）收线：步骤（4）中得到的张力误差数据经过单片机控制机板分别传送给收线盘电机调节器和排线控制模块，收线盘电机调节器调节收线盘驱动电机的电压，保持线材的张力恒定；排线控制模块同步调节排线杆的往复运动速度，使得收线均匀整齐。上述排线控制模块根据线材的直径参数，进行自动调节往复运动速度。

本实施例的一种管式连续退火炉的智能控制方法，其所有模块的运行与参数的设置均通过参数输入和显示模块进行远程监测和控制，节省了人力资源。

实施例2

本实施例的一种管式连续退火炉的智能控制系统的基本结构同实施例1，不同之处在于：本实施例的一种管式连续退火炉的智能控制系统去除了张力监测单元，取而代之的是由计算机控制的力矩电机，该力矩电机作为收线盘驱动电机可以以恒定的力矩进行收线，从而保证了线材的张力恒定，简化了系统的结构。力矩电机的转速信息由单片机控制机板反馈给排线控制模块，确保排线控制模块同步调整。此外，本实施例的一种管式连续退火炉的智能控制系统中的参数输入和显示模块由计算机代替，单片机控制机板、智能温控模块均通过RS485总线与计算机相连，根据线材材质与线径，通过计算机预先设定辅助推辊2、引导辊9的转速、收线张力以及退火炉4和烘干炉8的温度值，并显示于计算机中，各个传感器采集的数据信息均在计算机中进行处理，并给各个单元发出指令，调整数据误差，从而实现对整个系统的远程监测与控制。本实施例的一种管式连续退火炉的智能控制方法基本同实施例1，不同之处在于：其所有模块的运行与参数的设置均通过计算机进行远程监测和控制。

本发明的一种管式连续退火炉的智能控制系统和方法，不仅可以保持线材零张力退火，避免线材在退火炉中受热软化后拉长，保证线径稳定；而且退火炉4和烘干炉8的温度控制精度高，保证线材一直处于最佳的再结晶状态，节能效果好；同时，本发明的自动化程度高，实现了远程监测和智能控制。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种管式连续退火炉的智能控制系统，其特征在于：包括放线控制单元、引导单元、收线控制单元、温控单元、参数输入和显示模块、张力监测单元和单片机控制机板，其中：所述的放线控制单元包括辅助推辊、辅助推辊驱动电机和辅助推辊电机调节器，所述的辅助推辊电机调节器通过控制线与辅助推辊驱动电机相连，所述的辅助推辊驱动电机与辅助推辊相连，所述的辅助推辊电机调节器通过控制线与单片机控制机板相连；所述的引导单元包括引导辊、引导辊驱动电机和引导辊电机调节器，所述的引导辊电机调节器通过控制线与引导辊驱动电机相连，所述的引导辊驱动电机与引导辊相连，所述的引导辊电机调节器通过控制线与单片机控制机板相连；所述的收线控制单元包括收线盘、收线盘驱动电机、收线盘电机调节器和实现往复运动的排线控制模块，所述的收线盘与收线盘驱动电机相连，所述的收线盘驱动电机通过控制线与收线盘电机调节器相连，所述的收线盘电机调节器、排线控制模块分别通过控制线与单片机控制机板相连；所述的温控单元包括温度传感器和智能温控模块，所述的温度传感器分别设置于退火炉的前段、中段、后段以及烘干炉内，且均通过控制线与智能温控模块相连；所述的张力监测单元包括张力传感器、分线轮和模拟信号调理电路，所述的张力传感器设置于分线轮上，且通过控制线与模拟信号调理电路相连接，所述的模拟信号调理电路通过控制线与单片机控制机板相连；所述的单片机控制机板、智能温控模块均通过控制线与参数输入和显示模块相连。

2.根据权利要求1所述的一种管式连续退火炉的智能控制系统，其特征在于：还包括计算机，所述的单片机控制机板、智能温控模块均通过RS485总线与计算机相连。

3.根据权利要求1或2所述的一种管式连续退火炉的智能控制系统，其特征在于：所述的辅助推辊驱动电机为功率- 0.55 kW的三相异步电机，所述的引导辊驱动电机为功率- 0.75 kW的三相异步电机。

4.根据权利要求3所述的一种管式连续退火炉的智能控制系统，其特征在于：所述的收线盘驱动电机为力矩电机。

5.一种管式连续退火炉的智能控制方法，其步骤为：

（1）放线：在辅助推辊驱动电机的驱动下，线材经过导轮和辅助推辊从放线盘中抽出，辅助推辊驱动电机的转速由辅助推辊电机调节器控制，辅助推辊电机调节器接受来自单片机控制机板的指令；

（2）退火、烘干：经过步骤（1）后，线材进入退火炉的退火炉管中，退火炉的前段、中段、后段设置的温度传感器采集退火炉内各段的温度，并通过智能温控模块反馈给计算机或参数输入和显示模块，经过判断分析后，计算机或参数输入和显示模块控制退火炉前段、中段、后段的加热管加热或降温，使退火炉管内运行的线材处于最佳的再结晶状态；退火后的线材经冷却槽冷却、风力吹扫后进入烘干炉中，烘干炉中设置的温度传感器采集烘干炉内的温度，并通过智能温控模块反馈给计算机或参数输入和显示模块，控制烘干炉内的温度保持恒定；

（3）引导：经过步骤（2）的退火、烘干工艺处理后的线材进入引导单元，引导辊驱动电机拉动线材在引导辊上平稳运行，引导辊驱动电机的转速由引导辊电机调节器控制，引导辊电机调节器接受来自单片机控制机板的指令，使得引导辊的转动与步骤（1）中的辅助推辊的转动保持同步；

（4）张力监测：线材经过步骤（3）的引导进入张力监测单元，安装于分线轮上的张力传感器采集线材的张力，经过模拟信号调理电路转换后传送给单片机控制机板，并反馈给计算机或参数输入和显示模块，从而得到张力误差数据；

（5）收线：步骤（4）中得到的张力误差数据经过单片机控制机板分别传送给收线盘电机调节器和排线控制模块，收线盘电机调节器调节收线盘驱动电机的电压，保持线材的张力恒定；排线控制模块同步调节排线杆的往复运动速度，使得收线均匀整齐。

6.根据权利要求5所述的一种管式连续退火炉的智能控制方法，其特征在于：步骤（5）中所述的排线控制模块根据线材的直径参数，进行自动调节往复运动速度。

7.根据权利要求6所述的一种管式连续退火炉的智能控制方法，其特征在于：所有模块的运行与参数的设置均通过计算机或参数输入和显示模块进行远程监测和控制。