CN104911330A - 燃气式辊底炉的温度控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃气式辊底炉的温度控制方法及装置，属于辊底炉温度控制方法及装置领域，为解决现有方法控制精度差等问题而设计。本发明燃气式辊底炉的温度控制方法是使用控制单元统一控制全部烧嘴的燃烧、熄灭、以及燃烧的持续时间。本发明燃气式辊底炉温度控制装置包括多个分布于燃气式辊底炉内的温度传感器、与温度传感器连接的智能温控仪表、与智能温控仪表连接的PLC、以及与PLC连接的工控机；还包括设置在每个烧嘴与PLC之间的烧嘴控制单元。本发明燃气式辊底炉的温度控制方法及装置开创性地提出了烧嘴整体控制的思想，控制方法更简便灵巧，控温精度更高，更节约能源，提高了燃气式辊底炉的品质，具有更强的普适性。

Description

燃气式辊底炉的温度控制方法及装置

技术领域

本发明涉及辊底炉温度控制方法及装置领域，尤其涉及一种燃气式辊底炉的温度控制方法以及实现该温度控制方法的燃气式辊底炉温度控制装置。

背景技术

辊底炉是钢板热处理工艺中最常用的设备，其温度控制是否精确将直接影响热处理后钢板的质量。目前，辊底炉多采用燃气方式热处理钢板。影响燃气式辊底炉炉温的因素有很多，主要包括炉体结构、炉体保温密封性能、热源分布位置、燃气的压力与热值、测温点的布置位置、控制方式等。一旦炉体建造完成，则温度控制方法就成了辊底炉炉温控制的关键。

目前，燃气式辊底炉的温度控制方法主要是依赖于PLC控温模块来确定烧嘴的时序。该方法的缺陷是：1、PLC的温控模块是一种通用的PID控制模块，其PID参数整定困难，人工干涉多，不易最优化控制性能；2、烧嘴的时序控制很难与PID控制模式达到完美的协调一致；3、烧嘴火焰温度多高于工艺设定温度，难以解决烧嘴与测温点的耦合问题。上述缺陷导致辊底炉的温控效果不理想，控温精度差，节能效果不突出。

发明内容

本发明的一个目的是开创性地提出一种烧嘴整体控制思想的燃气式辊底炉的温度控制方法。

本发明的另一个目的是提出一种保证了辊底炉有效加热区温度均匀性的燃气式辊底炉温度控制装置。

为达此目的，一方面，本发明采用以下技术方案：

一种燃气式辊底炉的温度控制方法，控制单元统一控制全部烧嘴的燃烧、熄灭、以及燃烧的持续时间。

特别是，所述温度控制方法包括下述步骤：

步骤1、通过温度传感器检测燃气式辊底炉内温度值；

步骤2、所测得温度值依次通过补偿导线发送至智能控制仪表、通过网络总线传送至PLC、通过网线传送至工控机；

步骤3、所述工控机存储各个温度值，形成并存储温度变化曲线；

步骤4、所述智能温控仪表将所测得的温度值与工艺设定温度做比较，智能控制算法根据比较值计算得出烧嘴在此控制周期内的燃烧比例；

步骤5、所述PLC根据所述智能温控仪表计算得出的燃烧比例计算出各个烧嘴的燃烧时间，并将所述燃烧时间发送至烧嘴控制器；

步骤6、所述烧嘴控制器根据所述燃烧时间控制燃气脉冲阀与助燃空气电动阀的开关；

步骤7、当辊底炉内温度值与工艺设定温度的所述比较值发生变化时，转至步骤1。

特别是，在步骤3中，使用显示器实时显示工艺设定温度。

特别是，在步骤4中，所述智能控制算法为无超调专家PID算法。

另一方面，本发明采用以下技术方案：

一种用于实现上述温度控制方法的燃气式辊底炉温度控制装置，温度控制装置包括多个分布于燃气式辊底炉内的温度传感器、通过补偿导线分别与所述温度传感器连接的智能温控仪表、通过网络总线与所述智能温控仪表连接的PLC、以及通过通过网络与所述PLC连接的工控机；还包括设置在每个烧嘴与所述PLC之间的烧嘴控制单元，每组所述烧嘴控制单元包括燃气脉冲阀、空气助燃电动阀、以及分别与所述燃气脉冲阀和空气助燃电动阀连接的烧嘴控制器；所述燃气脉冲阀和空气助燃电动阀分别连接至烧嘴，所述烧嘴控制器连接至所述PLC。

特别是，所述温度传感器为带不锈钢套管的K型热电偶。

特别是，所述温度控制装置还包括显示器，所述显示器连接至所述工控机。

本发明燃气式辊底炉的温度控制方法是使用控制单元统一控制全部烧嘴的燃烧、熄灭、以及燃烧的持续时间，开创性地提出了烧嘴整体控制的思想，不再将各区烧嘴在控制周期内依时序依次轮流动作，控制方法更简便灵巧，切实可行。在不改变炉体本身物理结构的前提下辊底炉各点温度采用智能控制算法，控温精度更高，更节约能源，提高了燃气式辊底炉的品质，具有更强的普适性。

本发明燃气式辊底炉温度控制装置的温度传感器连接至智能温控仪表，实现了上述温度控制方法，确保精准控制各区温度，保证了辊底炉有效加热区的温度均匀性，节约了能源，提高了钢板热处理质量。

附图说明

图1是本发明优选实施例一提供的燃气式辊底炉及温度控制装置中各部件的连接结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

优选实施例一：

本优选实施例公开一种燃气式辊底炉温度控制装置。如图1所示，温度控制装置包括多个分布于燃气式辊底炉内的温度传感器、通过补偿导线分别与温度传感器连接的智能温控仪表、通过网络总线与智能温控仪表连接的PLC、通过网络与PLC连接的工控机、以及与工控机连接的显示器。当辊底炉加热工艺温度小于900℃时，温度传感器优选为带不锈钢套管的K型热电偶。图中N为每个区域(每只智能温控仪表)控制的烧嘴数量。

温度控制装置还包括设置在每个烧嘴与PLC之间的烧嘴控制单元，每组烧嘴控制单元包括燃气脉冲阀、空气助燃电动阀、以及分别与燃气脉冲阀和空气助燃电动阀连接的烧嘴控制器。燃气脉冲阀和空气助燃电动阀分别连接至烧嘴，烧嘴控制器连接至PLC。图中N为每只智能温控仪表(单区)控制的烧嘴(或烧嘴控制器)数量，一般的N取1～6。

应用该温度控制装置控制燃气式辊底炉温度的控制方法是控制单元统一控制全部烧嘴的燃烧、熄灭、以及燃烧的持续时间，不再将各区的烧嘴在控制周期内依时序依次轮流动作，解决了温控精度差的问题。

具体的，该温度控制方法包括下述步骤：

步骤1、通过温度传感器检测燃气式辊底炉内温度值。为了保证测温结果更加准确、更能体现全炉内的实际情况，优选在炉顶和炉体侧壁的八个测温点分别设置八个温度传感器，通过这八个温度传感器检测炉体内部各温区的实际温度。

步骤2、所测得温度值作为控制系统的温度反馈信号通过K型热电偶补偿导线传入智能控制仪表，然后该信号通过Profibus-DP总线同步、实时传送给PLC。工控机采用工业以太网与PLC进行通讯，同步、实时地获得存储于PLC中的温度反馈信号。该温度反馈信号同步、实时地显示在智能控制仪表与工控机的显示屏上。

步骤3、工控机存储各个温度值，形成并存储温度变化曲线；使用显示器实时显示工艺设定温度和温度反馈信号(即炉体内温度的变化过程)。

步骤4、智能温控仪表将所测得的温度值与工艺设定温度做比较，智能控制算法根据比较值计算得出烧嘴在此控制周期内的燃烧比例。智能控制算法优选使用无超调专家PID算法。

智能温控仪表针对温度控制对象有其独到的控制算法，其最大优点是控制参数整定简便，无需人工干预；可针对不同的温度对象选择不同控制算法仪表，控制精度高。智能温控仪表适应性强，抗干扰能力强，控制效果好。

无超调专家PID算法可有效抑制烧嘴开/关或大小火动作带来的温度冲击(扰动)。通过比较炉体内实际温度与工艺设定温度、经过无超调专家PID算法计算，可得出烧嘴在控制周期内的燃烧比例，该比例通过DP总线同步、实时传送给PLC。

其中，燃烧比例是指一个控制周期内该烧嘴的燃烧时间。例如，控制周期为100S，该烧嘴的燃烧时间为20S、其余80S关闭，则该烧嘴在此控制周期内的燃烧比例是20％。在一个周期内烧嘴将持续燃烧以达到燃烧时间，而不会将燃烧时间分作两次或多次分别进行燃烧、累计达到燃烧时间。

步骤5、PLC根据智能温控仪表计算得出的燃烧比例计算出各个烧嘴的燃烧时间，并通过PLC的输出模块将燃烧时间发送至烧嘴控制器。该燃烧时间的输出信号能够通过以太网线即时传送至工控机，并在显示器上显示。

步骤6、烧嘴控制器根据燃烧时间控制燃气脉冲阀与助燃空气电动阀动作。表征燃烧时间的信号可以为百分数、0～20mA或4～20mA，依据烧嘴控制器类型及烧嘴类型而定。燃气脉冲阀和助燃空气电动阀的动作时序依据烧嘴类型及工作方式而定(大/小火、ON/OFF或连续燃烧形式)。

燃气脉冲阀和助燃空气电动阀都开启，点火，烧嘴燃烧，为辊底炉内提供热源；达到燃烧时间后燃气脉冲阀和助燃空气电动阀都关闭，烧嘴熄灭。

步骤7、当辊底炉内温度值与工艺设定温度的比较值发生变化时，转至步骤1。

优选实施例二：

本优选实施例公开一种燃气式辊底炉的温度控制方法，其基本与优选实施例一相同。该温度控制方法是用控制单元统一控制全部烧嘴的燃烧、熄灭、以及燃烧的持续时间。

不同之处在于：温度控制方法的具体步骤不限，能统一控制全部烧嘴的状态以达到精确控制炉温的目的即可。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用的技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (7)

1.一种燃气式辊底炉的温度控制方法，其特征在于，控制单元统一控制全部烧嘴的燃烧、熄灭、以及燃烧的持续时间。

2.根据权利要求1所述的燃气式辊底炉的温度控制方法，其特征在于，所述温度控制方法包括下述步骤：

步骤1、通过温度传感器检测燃气式辊底炉内温度值；

步骤2、所测得温度值依次通过补偿导线发送至智能控制仪表、通过网络总线传送至PLC、通过网线传送至工控机；

步骤3、所述工控机存储各个温度值，形成并存储温度变化曲线；

步骤4、所述智能温控仪表将所测得的温度值与工艺设定温度做比较，智能控制算法根据比较值计算得出烧嘴在此控制周期内的燃烧比例；

步骤5、所述PLC根据所述智能温控仪表计算得出的燃烧比例计算出各个烧嘴的燃烧时间，并将所述燃烧时间发送至烧嘴控制器；

步骤6、所述烧嘴控制器根据所述燃烧时间控制燃气脉冲阀与助燃空气电动阀的开关；

步骤7、当辊底炉内温度值与工艺设定温度的所述比较值发生变化时，转至步骤1。

3.根据权利要求2所述的燃气式辊底炉的温度控制方法，其特征在于，在步骤3中，使用显示器实时显示工艺设定温度。

4.根据权利要求2所述的燃气式辊底炉的温度控制方法，其特征在于，在步骤4中，所述智能控制算法为无超调专家PID算法。

5.一种用于实现权利要求1至4任一所述温度控制方法的燃气式辊底炉温度控制装置，其特征在于，温度控制装置包括多个分布于燃气式辊底炉内的温度传感器、通过补偿导线分别与所述温度传感器连接的智能温控仪表、通过网络总线与所述智能温控仪表连接的PLC、以及通过通过网络与所述PLC连接的工控机；还包括设置在每个烧嘴与所述PLC之间的烧嘴控制单元，每组所述烧嘴控制单元包括燃气脉冲阀、空气助燃电动阀、以及分别与所述燃气脉冲阀和空气助燃电动阀连接的烧嘴控制器；所述燃气脉冲阀和空气助燃电动阀分别连接至烧嘴，所述烧嘴控制器连接至所述PLC。

6.根据权利要求5所述的燃气式辊底炉温度控制装置，其特征在于，所述温度传感器为带不锈钢套管的K型热电偶。

7.根据权利要求5所述的燃气式辊底炉温度控制装置，其特征在于，所述温度控制装置还包括显示器，所述显示器连接至所述工控机。