CN104525076A - 移动式反应釜加热炉及其加热控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了移动式反应釜加热炉，包括炉体，炉体内部四周设置四个支撑点，支撑点上放置承重板，承重板上表面垂直固定四个弹簧柱，承重板上方放置隔热材料，承重板下方安装固定支架，固定支架上安装引线卡座，弹簧柱上放置电加热板，进线柱插A和进线柱插B，进线柱插A和进线柱插B均穿过承重板连接引线卡座和电加热板，温度传感器，温度传感器设置于进线柱插B与电加热板连接处，进线柱插A通过电源线与控制箱连接，进线插柱B通过信号线与控制箱连接，温度传感器与信号线连接，控制箱设置于炉体外部，炉体外沿底脚固定有提升装置。本发明的加热炉装卸便捷，可重复利用在多个反应釜之间进行加热。

Description

移动式反应釜加热炉及其加热控制方法

技术领域

本发明涉及一种加热炉及其加热控制方法，尤其涉及一种反应釜加热炉及其加热控制方法，属于工业反应釜加热领域。

背景技术

随着工业的快速发展，各种类型的反应釜应运而生，其中不乏需要加热处理的过程。传统的反应釜加热手段有火加热、高温液体加热、蒸汽加热等。其中高温液体加热和蒸汽加热需要前期布设管道，凭空增加故障隐患且投入较大；火加热能够达到较高的温度，投入成本不高，但其加热温度较难控制，且安全隐患巨大，在化工、船舶等严禁明火的领域非常不适用。在工业生产过程中经常需要对反应釜进行加热处理，通常针对每个反应釜都会配备相应的加热装置。当对于有些反应釜在工作时并不需要长期进行加热，如单独配置加热装置成本高，造成资源浪费。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种移动式反应釜加热炉，该加热炉以单片机和可控硅的组合，结合高效的改进式PID控制算法，智能控制炉子的加热程度。这样它以可控的电加热方式实现对反应釜的外部加热，装卸便捷，可重复利用在多个反应釜之间进行加热。

为了解决上述技术问题，本发明的移动式反应釜加热炉，包括炉体，炉体可采用不锈钢材质，所述炉体内部四周设置四个支撑点，所述支撑点上放置承重板，所述承重板上表面垂直固定至少3个弹簧柱，最佳采用四个弹簧柱，所述承重板上方放置隔热材料，所述承重板下方安装固定支架，所述固定支架上安装引线卡座，所述弹簧柱上放置电加热板，还包括进线柱插A和进线柱插B，所述进线柱插A和进线柱插B均穿过承重板连接引线卡座和电加热板，还包括温度传感器，所述温度传感器设置于进线柱插B与电加热板连接处，所述进线柱插A通过电源线与控制箱连接，所述进线插柱B通过信号线与控制箱连接，所述温度传感器与信号线连接，所述控制箱设置于炉体外部，所述炉体外沿底脚固定有提升装置。

上述技术方案中，所述炉体外部还设有隔热把手，便于移动炉体。

上述技术方案中，所述承重板、隔热材料、电加热板、进线柱插进线柱插A和进线柱插B都是可拆卸单元，均可自由拆卸，便于拆卸重组。

上述技术方案中，所述电加热板顶部高于炉体外沿，采用弹簧柱支撑电加热板，使得反应釜接触炉体时，通过电加热板实现空间的缓冲，延长使用寿命。同时弹簧柱对电加热板的向上推力，也使得电加热板与反应釜封头的贴合更为紧密，减少热量散失，提升加热效果。

上述技术方案中，所述电加热板为铸铜材质，上表面以反应釜底部封头为模板定制，与反应釜完全贴合。铸铜为材质熔点高达1084.4度，耐高温，可以按照标准反应釜底部封头量身定做，用在相同规格的反应釜上；配合提升装置的上下提升，使得一炉多用更为方便。

上述技术方案中，所述控制箱内部以单片机为控制主体，采集温度传感器的信号，通过可控硅调节输出功率。

上述技术方案中，所述提升装置为螺栓结构，以螺丝的转动来支撑顶起整个炉体，将炉体贴紧封头。

上述技术方案中，所述电源线，信号线全部采用耐高温线缆。

针对移动式反应釜加热炉，设计了针对一炉多用需求的加热控制方法，其具体实现步骤如下：

a)根据实际情况，人为设定阈值ε＞0；

b)当|error(k)|＞ε时，采用PD控制，可避免产生过大的超调，又使系统有较快的响应；

c)当|error(k)|≤ε时，采用PID控制，以保证系统的控制精度。

算法可表示为：

$u\left(k\right)=k_p\mathrm{error}\left(k\right)+\mathrm{\β}{k}_l\stackrel{k}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{error}\left(j\right)T+k_d(\mathrm{error}\left(k\right)-\mathrm{error}(k-1))/T$

式中：T——采样时间；

β——积分项的开关系数。

$\mathrm{\β}=\left\{\begin{array}{cc}1& \left|\mathrm{error}\left(k\right)\right|\≤\mathrm{\ϵ}\\ 0& \left|\mathrm{error}\left(k\right)\right|>\mathrm{\ϵ}\end{array}\right..$

本发明的优点：

1、本发明提供移动式的产品结构，通过提升装置可以便捷地在反应釜下固定或移走，使得一炉多用成为可能。

2、本发明大部分内部组成单元均可自由拆卸，维护方便。

3、本发明电加热板以铸铜为材质，熔点高达1084.4度，耐高温，可以按照标准反应釜底部封头量身定做，用在相同规格的反应釜上。

4、本发明直接采集电加热板温度，通过改进式PID算法对输出功率控制可以有效保证电加热板不致于温度过高而融化，保障设备安全。

5、本发明采用柱插和卡座的接插方式，使得拆卸维修时不至于拖带出导线，并使导线与电加热板的距离增加，防止耐高温的导线承受过高的温度。在未提升的时候，柱插和卡座分离，此时电加热板将无法通电，防止在未带负载时加热以致损坏设备，进一步保障安全。

附图说明

图1为本发明的结构示意图

图2为本发明的各单元拆解示意图

图3为本发明改进式PID控制算法程序框图

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细描述。

参照图1，移动式反应釜加热炉，包括不锈钢的炉体1，炉体1外部安装隔热把手14以便移动，炉体1内部四周均匀固定四个支撑点2，支撑点2上面放置承重板3，承重板3上表面均匀固定四个弹簧柱4，承重板3上方放置隔热材料5，承重板3下方安装固定支架6，固定支架6上安装引线卡座7用以引出电源与信号线，弹簧柱4上放置铸铜电加热板8，所述铸铜电加热板8上表面以反应釜底部封头为模板定制，与反应釜完全贴合。铸铜电加热板8下端固定2个进线柱插A10从承重板3的孔洞中引出用以引进电源线，电加热板8下表面固定温度传感器9，温度传感器9也固定进线柱插B11从承重板3的孔洞中引出用以引出信号线，所述承重板3、隔热材料5、铸铜电加热板8、进线柱插A10、进线柱插B11都是可拆卸单元电源线和信号线连接炉体1外部的控制箱13，所述控制箱13内部以单片机为控制主体，采集温度传感器9的信号，通过可控硅调节输出功率。炉体1外沿底脚固定提升装置11。所述提升装置11以螺丝的转动来支撑顶起整个炉体，将炉体贴紧封头。

本发明的工作原理如下：

1、设备布置

在对应的反应釜下方放入移动式反应釜加热炉，运用提升装置11将炉体1上升，靠弹簧柱4的弹力将铸铜电加热板8贴紧反应釜的封头，然后即可将控制箱13通电对加热进行控制。

提升装置单个结构为1个螺丝加两个固定板，上固定板开孔攻内螺纹用于螺丝活动，并焊接固定于炉体下外侧下边缘；下固定板可以轴承或其他转动方式与螺丝固定相连，螺丝转动时下固定板不转动；螺丝靠与上固定板的转动来实现炉体1的上下位移。

2、加热控制

本发明采用单片机和可控硅结合的控制方式对电加热板的加热温度进行控制。其中单片机采用改进式PID算法实现温度的精准控制，保证加热的同时保障电加热板的安全；可控硅通过触发器接收的控制信号实现对电加热板电源的降压处理。

改进式PID算法基本思想是：当被控量与设定值偏差较大时，取消积分的作用，以免由于积分作用使系统稳定性降低，超调量增大；当被控量接近给定值时，引入积分控制，以便消除静差，提高控制精度。其具体实现步骤如下：

a)根据实际情况，人为设定阈值ε＞0；

b)当|error(k)|＞ε时，采用PD控制，可避免产生过大的超调，又使系统有较快的响应：

c)当|error(k)|≤ε时，采用PID控制，以保证系统的控制精度。

算法可表示为：

$u\left(k\right)=k_p\mathrm{error}\left(k\right)+\mathrm{\β}{k}_l\stackrel{k}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{error}\left(j\right)T+k_d(\mathrm{error}\left(k\right)-\mathrm{error}(k-1))/T$

式中：T——采样时间：

β——积分项的开关系数。

$\mathrm{\β}=\left\{\begin{array}{cc}1& \left|\mathrm{error}\left(k\right)\right|\≤\mathrm{\ϵ}\\ 0& \left|\mathrm{error}\left(k\right)\right|>\mathrm{\ϵ}\end{array}\right.$

改进式PID控制算法程序框图，参照图3。

3、设备移出

与布置过程类似，切断加热器电源后，拧动提升装置11的螺丝降低炉体，使移动式反应釜加热炉脱离反应釜底部即可取走。

由于布置和移出的方便快捷，而电加热板又是基于标准的反应釜封头量身定做，因此移动式反应釜智能炉能够始终重复利用，更好的适应工业生产环境。

4、拆卸维护

参照图2，本发明大部分单元均可自由拆卸，铸铜电加热板8以螺纹或塞子方式固定于弹簧柱4的上部分金属杆；弹簧柱4分成上下两部分，下部分焊接固定于承重板3上；温度传感器9以螺纹方式拧入电加热板8；固定支架6、引线卡座7和承重板3固定为一体，不可拆卸。

如此拆卸时，首先确保电源已切断，可直接上提铸铜电加热板8，取出后可拆卸其上的温度传感器9和弹簧柱4上部分金属杆。上提下部分弹簧柱可将其余的承重板3、隔热材料5、固定支架6、引线卡座7等一起带出，然后逐一拆卸。其余提升装置11、支撑点2、抗热把手14均固定于炉体1上。拆卸完毕后即可对结构和电气线路进行检修。

Claims (7)

1.移动式反应釜加热炉，包括炉体，其特征在于所述炉体内部四周设置四个支撑点，所述支撑点上放置承重板，所述承重板上表面垂直固定四个弹簧柱，所述承重板上方放置隔热材料，所述承重板下方安装固定支架，所述固定支架上安装引线卡座，所述弹簧柱上放置电加热板，还包括进线柱插A和进线柱插B，所述进线柱插A和进线柱插B均穿过承重板连接引线卡座和电加热板，还包括温度传感器，所述温度传感器设置于进线柱插B与电加热板连接处，所述进线柱插A通过电源线与控制箱连接，所述进线插柱B通过信号线与控制箱连接，所述温度传感器与信号线连接，所述控制箱设置于炉体外部，所述炉体外沿底脚固定有提升装置。

2.如权利要求1所述移动式反应釜加热炉，其特征在于所述炉体外部设有隔热把手。

3.如权利要求1或2所述移动式反应釜加热炉，其特征在于承重板、隔热材料、电加热板、进线柱插A和进线柱插B均可拆卸。

4.如权利要求3所述移动式反应釜加热炉，其特征在于所述电加热板顶部高于炉体外沿。

5.如权利要求4所述移动式反应釜加热炉，其特征在于所述炉体为不锈钢材质。

6.如权利要求5所述移动式反应釜加热炉，其特征在于所述电加热板为铸铜材质。

7.移动式反应釜加热炉的加热控制方法，其特征在于包含如下步骤：

a)根据实际情况，人为设定阈值ε＞0；

b)当|error(k)|＞ε时，采用PD控制；

c)当|error(k)|≤ε时，采用PID控制，算法可表示为；

所述T为采样时间，β为积分项的开关系数

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