CN108955249A - 一种隧道炉温度控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种隧道炉温度控制系统及控制方法，包括在隧道炉炉膛内上中下部均设置测温传感器，通过温控仪、温度采集模块和工控机进行自动监控和调节，并通过三相电力调功器和加热元器件相连进行温度自动监测和调节，控制方法主要根据炉膛中部测量温度值和炉膛中部设定值之间的偏差值，对炉膛温度进行调节。本发明克服了温控仪单一控温的简单控制模式，通过自动监视炉膛温度测定值和温度设定值，利用工控机的运算能力对温控仪控温进行小幅度补偿，加快炉膛温度的调节。

Description

一种隧道炉温度控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及一种隧道炉温度控制设备，尤其涉及一种隧道炉温度控制系统。

背景技术

隧道炉的功能是用电作为能源，通过加热元器件（硅碳棒）采用电加热的方式进行升温，来对产品进行热处理。为了节省能源，提高产品的良品率必须对加热进行有效的控制，如何有效的控制就成为隧道炉温度控制的最重要核心任务。

一般采用的温度控制都是人工输入需要的控制温度，工控机经过简单的处理或则直接对温控仪表进行温度设定。但在工艺员没有控温经验的情况下很难调整出一套符合温度要求，而且同一温区上下位置加热没有联锁，比如说上温区温度还没到达设定但是下温区已经超温等。使炉膛内部温度不能适应产品制备的实际需要。

发明内容

本发明旨在提供一种新的隧道炉温度控制系统，通过自动监控和调节炉膛内温度，使炉膛的内部温度调节更适宜产品制备的实际需要。对加热进行有效的控制，节省了能源，间接的提高了生产出产品的良品率的问题。

本发明的一种隧道炉温度控制系统，其中所述隧道炉包括炉膛，所述炉膛包括炉膛上部、炉膛中部和炉膛下部，在所述炉膛上部和所述炉膛下部中分别设置有第一加热元器件和第二加热元器件，所述炉膛上部、所述炉膛中部和所述炉膛下部分别设置有第一测温传感器，第二测温传感器，和第三测温传感器，所述第二测温传感器依次与温度采集模块和工控机电性连接，所述第一测温传感器和所述第三测温传感器分别通过第一温控仪和第二温控仪与温度采集模块和工控机电性连接，所述第一温控仪和所述第二温控仪分别通过第一三相电力调功器和第二相电力调功器与第一加热元件和第二加热元器件电性连接，通过温控仪和工控机设定炉膛上部温度设定值、炉膛中部温度设定值和炉膛下部温度设定值，其中炉膛下部温度设定值与炉膛中部温度设定值的差值小于炉膛上部温度设定值与至炉膛中部温度设定值的差值，根据炉膛中部测量温度值和炉膛中部设定值之间的偏差值，对炉膛温度进行调节。

进一步地，本发明的隧道炉温度控制系统，所述炉膛下部温度设定值等于所述炉膛中部温度设定值和所述炉膛下部温度补偿值的和。

进一步地，本发明的隧道炉温度控制系统，设定炉膛中部温度最大偏差值，根据炉膛中部温度测定值和炉膛中部温度设定值之间的偏差值和炉膛中部温度最大偏差值之间的差异来调节炉膛上部温度设定值，进而对炉膛温度进行调节。

进一步地，本发明的隧道炉温度控制系统，所述炉膛上部温度设定值根据如下方法设定：

判断在当前周期中，炉膛中部测量温度值和炉膛中部温度设定值之间的偏差值；当偏差值小于等于设定的炉膛中部温度最大偏差值时，炉膛上部温度设定值维持不变；当偏差值比设定的炉膛中部温度最大偏差值大时，炉膛上部温度设定值等于炉膛中部设定值和炉膛下部温度补偿值以及偏差值的和。

进一步地，本发明的隧道炉温度控制系统，所述炉膛上部温度设定值根据如下方法设定：

当偏差值比设定的炉膛中部温度最大偏差值大时，炉膛上部温度设定值等于炉膛中部设定值和炉膛下部温度补偿值以及偏差值的和；如果在下个周期中还存在偏差值比设定的炉膛中部温度最大偏差值大时，那么炉膛上部温度设定值比计算值降低1摄氏度，直到炉膛中部测量值和炉膛中部温度设定值相等为止。

进一步地，本发明的隧道炉温度控制系统，温度采集模块通过温控仪将测温传感器测量的温度数据上传至工控机，由工控机设定炉膛温度设定值后，再通过工控机发送到温控仪进行炉膛温度设定值设定。

进一步地，本发明的隧道炉温度控制系统，所述温控仪和所述温度采集模块通过RS485通讯方式和所述工控机相连。

进一步地，本发明的隧道炉温度控制系统，所述第一温控仪和所述第二温控仪通过自身的比例积分微分运算后分别输出标准信号到所述第一三相电力调功器和所述第二三相电力调功器；第一三相电力调功器和第二三相电力调功器接收到标准信号后，调压调功通过动力线直接加载到第一加热元器件和和第二加热元器件两端。

进一步地，本发明的隧道炉温度控制系统，所述第一加热元器件和第二加热元器件均为硅碳棒，通过电加热的方式进行升温。

本发明的另一目的在于提供一种隧道炉温度控制方法，所述隧道炉包括权利要求1所述隧道炉温度控制系统，所述方法包括：

步骤一、设定炉膛上部温度设定值和最大偏差值；

步骤二、确定炉膛上部温度补偿值和炉膛下部补偿值；

步骤三、所述炉膛下部温度设定值等于所述炉膛中部温度设定值和所述炉膛下部温度补偿值的和；

步骤四、所述炉膛上部温度设定值根据如下方法设定：

判断在当前周期中，炉膛中部测量温度值和炉膛中部温度设定值之间的偏差值；当偏差值小于等于设定的炉膛中部温度最大偏差值时，炉膛上部温度设定值维持不变；当偏差值比设定的炉膛中部温度最大偏差值大时，炉膛上部温度设定值等于炉膛中部设定值和炉膛下部温度补偿值以及偏差值的和，如果在下个周期中还存在偏差值比设定的炉膛中部温度最大偏差值大时，那么炉膛上部温度设定值每周期都比上个周期小1摄氏度，直到炉膛中部测量值和炉膛中部温度设定值相等。

有益效果是：本发明的隧道炉温度控制系统，克服了温控仪单一控温的简单控制模式，通过自动监视炉膛温度测定值和温度设定值，利用工控机的运算能力对温控仪控温进行小幅度补偿，加快炉膛温度的调节。具体地通过周期性对炉膛中部温度测定值和炉膛中部温度设定值两者之间的偏差值运算，来调节炉膛上部温度设定值，使炉膛中部温度实际上符合生产需要的温度设定。

附图说明

图1、为本发明的隧道炉温度控制系统整体示意图。

图2、为本发明的隧道炉加热温区域示意图。

图3、为本发明的隧道炉的炉膛内部同一深度温度分布关系图。

图4、为本发明的隧道炉加热原理示意图。

附图标记：1、第一测温传感器，2、第二测温传感器，3、第三测温传感器，4、第一加热元器件，5、第二加热元器件，6、第一三相电力调功器，7、第二三相电力调功器，8、第一温控仪，9、第二温控仪，10、温度采集模块；11、工控机，12、炉膛上部，13、炉膛中部，14、炉膛下部，15、上加热点，16、下加热点，17、第一测温位置，18、第二测温位置，19、第三测温位置。

具体实施方式

如图1-4所示，本发明的一种隧道炉温度控制系统，其中所述隧道炉包括炉膛，所述炉膛包括炉膛上部12、炉膛中部13和炉膛下部14，在所述炉膛上部12和所述炉膛下部14中分别设置有第一加热元器件4和第二加热元器件5，所述炉膛中部13由上而下依次设置有第一测温传感器1，第二测温传感器2，和第三测温传感器3（分别对应第一测温位置17、第二测温位置18、第三测温位置19，所述第二测温传感器2依次与温度采集模块10和工控机11电性连接，所述第一测温传感器1和所述第三测温传感器3分别通过第一温控仪8和第二温控仪9与温度采集模块10和工控机11电性连接，所述第一温控仪8和所述第二温控仪9分别通过第一三相电力调功器6和第二相电力调功器与第一加热元件和第二加热元器件5电性连接，通过温控仪和工控机11设定炉膛上部12温度设定值、炉膛中部13温度设定值和炉膛下部14温度设定值，其中炉膛下部14温度设定值与炉膛中部13温度设定值的差值小于炉膛上部12温度设定值与至炉膛中部13温度设定值的差值，根据炉膛中部13测量温度值和炉膛中部13设定值之间的偏差值，对炉膛温度进行调节。

其中测温传感器可以根据炉膛测温部位的最高温度的不同选择不同类型的测温传感器，例如铂铑30-铂铑热电偶热电偶；三相电力调功器为三相可控硅调功调压器，是运用数字电路触发可控硅实现调压和调功，可以采用4-20毫安的标准控制信号来对调功器进行控制，也可以为1-5伏特的标准控制信号来对调功器进行控制，具体信号类型根据选择设备输入类型不同改变。

由于炉膛上部12属于气体传导，炉膛下部14属于固体传导，炉膛下部14传导效率高于炉膛上部12传导效率，故炉膛下部14温度与炉膛中部13温度的偏差值，要小于炉膛上部12温度到炉膛中部13温度的偏差值。所以本发明采用小幅调整炉膛上部12温度设定值来达到调整整个炉膛温度的一致性。对于炉膛温度最完美的曲线就是上下温度都一致（如图3中曲线B），现采用炉膛上部12和炉膛下部14分别放置第一加热元器件4和第二加热元器件5（硅碳棒等），分别形成上加热点15和下加热点16，随炉膛上部12设定温度值由低到高炉膛内温度呈现 A、C、D温度曲线，因此为了尽量使工件加热区域（炉膛中部13）的温度曲线尽量一致，使炉膛上部12、炉膛中部13和炉膛下部14之间温度偏差尽可能小（如图-3中曲线D）。

进一步地，本发明的隧道炉温度控制系统，所述炉膛下部14温度设定值等于所述炉膛中部13温度设定值和所述炉膛下部14温度补偿值的和。

进一步地，本发明的隧道炉温度控制系统，设定炉膛中部13温度最大偏差值，根据炉膛中部13温度测定值和炉膛中部13温度设定值之间的偏差值和炉膛中部13温度最大偏差值之间的差异来调节炉膛上部12温度设定值，进而对炉膛温度进行调节。

进一步地，本发明的隧道炉温度控制系统，所述炉膛上部12温度设定值根据如下方法设定：

判断在当前周期中，炉膛中部13测量温度值和炉膛中部13温度设定值之间的偏差值；当偏差值小于等于设定的炉膛中部13温度最大偏差值时，炉膛上部12温度设定值维持不变；当偏差值比设定的炉膛中部13温度最大偏差值大时，炉膛上部12温度设定值等于炉膛中部13设定值和炉膛上部12温度补偿值以及偏差值的和，如果在下个周期中还存在偏差值比设定的炉膛中部13温度最大偏差值大时，那么炉膛上部12温度设定值比计算值降低1摄氏度，直到炉膛中部13测量值和炉膛中部温度设定值相等为止。

进一步地，本发明的隧道炉温度控制系统，所述炉膛上部12温度设定值根据如下方法设定：

当偏差值比设定的炉膛中部13温度最大偏差值大时，炉膛上部12温度设定值等于炉膛中部13设定值和炉膛下部14温度补偿值以及偏差值的和；如果在下个周期中还存在偏差值比设定的炉膛中部13温度最大偏差值大时，那么炉膛上部12温度设定值比计算值降低1摄氏度，直到炉膛中部13测量值和炉膛中部13温度设定值相等为止。

其中炉膛下部14温度补偿值为炉膛下部14第三测温传感器3老化带来测温线性变异，通过标准测温传感器测温后计算得到温度偏差值；炉膛上部12温度补偿值为炉膛上部12第一测温传感器1老化带来测温线性变异，通过标准测温传感器测温后计算得到温度偏差值。

进一步地，本发明的隧道炉温度控制系统，温度采集模块10通过温控仪将测温传感器测量的温度数据上传至工控机11，由工控机11设定炉膛温度设定值后，再通过工控机11发送到温控仪进行炉膛温度设定值设定。

进一步地，本发明的隧道炉温度控制系统，所述温控仪和所述温度采集模块10通过RS485通讯方式和所述工控机11相连。

进一步地，本发明的隧道炉温度控制系统，所述第一温控仪8和所述第二温控仪9通过自身的比例积分微分运算后分别输出标准信号到所述第一三相电力调功器6和所述第二三相电力调功器7；第一三相电力调功器6和第二三相电力调功器7接收到标准信号后，调压调功通过动力线直接加载到第一加热元器件4和和第二加热元器件5两端。

进一步地，本发明的隧道炉温度控制系统，所述第一加热元器件4和第二加热元器件5均为硅碳棒，通过电加热的方式进行升温。

一种隧道炉温度控制方法，所述隧道炉包括权利要求1所述隧道炉温度控制系统，所述方法包括：

步骤一、设定炉膛上部12温度设定值和最大偏差值；

步骤二、确定炉膛上部12温度补偿值和炉膛下部14补偿值；

步骤三、所述炉膛下部14温度设定值等于所述炉膛中部13温度设定值和所述炉膛下部14温度补偿值的和；

步骤四、所述炉膛上部12温度设定值根据如下方法设定：

判断在当前周期中，炉膛中部13测量温度值和炉膛中部13温度设定值之间的偏差值；当偏差值小于等于设定的炉膛中部13温度最大偏差值时，炉膛上部12温度设定值维持不变；当偏差值比设定的炉膛中部13温度最大偏差值大时，炉膛上部12温度设定值等于炉膛中部13设定值和炉膛下部14温度补偿值以及偏差值的和，如果在下个周期中还存在偏差值比设定的炉膛中部13温度最大偏差值大时，那么炉膛上部12温度设定值每周期都比上个周期小1摄氏度，直到炉膛中部13测量值和炉膛中部温度设定值相等。

有益效果是：本发明的隧道炉温度控制系统，克服了温控仪单一控温的简单控制模式，通过自动监视炉膛温度测定值和温度设定值，利用工控机的运算能力对温控仪控温进行小幅度补偿，加快炉膛温度的调节。特别是通过周期性对炉膛中部温度测定值和炉膛中部温度设定值两者之间的偏差值运算，来调节炉膛上部温度设定值，使炉膛中部温度实际上符合生产需要的温度设定。通过工控机程序判断在原有的温度设定值上附加合适的值，使调节温度速度和精度上有了明显的提高。本发明不单单适用于一个温区的温度调节，可以扩展到任意多个温区调节。

Claims (9)

1.一种隧道炉温度控制系统，其特征在于，所述隧道炉包括炉膛，所述炉膛包括炉膛上部、炉膛中部和炉膛下部，在所述炉膛上部和所述炉膛下部中分别设置有第一加热元器件和第二加热元器件，所述炉膛中部由上而下依次设置有第一测温传感器，第二测温传感器，和第三测温传感器，所述第二测温传感器依次与温度采集模块和工控机电性连接，所述第一测温传感器和所述第三测温传感器分别通过第一温控仪和第二温控仪与温度采集模块和工控机电性连接，所述第一温控仪和所述第二温控仪分别通过第一三相电力调功器和第二相电力调功器与第一加热元件和第二加热元器件电性连接，通过温控仪和工控机设定炉膛上部温度设定值、炉膛中部温度设定值和炉膛下部温度设定值，其中炉膛下部温度设定值与炉膛中部温度设定值的差值小于炉膛上部温度设定值与至炉膛中部温度设定值的差值，根据炉膛中部测量温度值和炉膛中部设定值之间的偏差值，对炉膛温度进行调节。

2.根据权利要求1所述的隧道炉温度控制系统，其特征在于，所述炉膛下部温度设定值等于所述炉膛中部温度设定值和所述炉膛下部温度补偿值的和。

3.根据权利要求1所述的隧道炉温度控制系统，其特征在于，设定炉膛中部温度最大偏差值，根据炉膛中部温度测定值和炉膛中部温度设定值之间的偏差值和炉膛中部温度最大偏差值之间的差异来调节炉膛上部温度设定值，进而对炉膛温度进行调节。

4.根据权利要求1-3任一所述的隧道炉温度控制系统，其特征在于，所述炉膛上部温度设定值根据如下方法设定：

判断在当前周期中，炉膛中部测量温度值和炉膛中部温度设定值之间的偏差值；当偏差值小于等于设定的炉膛中部温度最大偏差值时，炉膛上部温度设定值维持不变；当偏差值比设定的炉膛中部温度最大偏差值大时，炉膛上部温度设定值等于炉膛中部设定值和炉膛下部温度补偿值以及偏差值的和，如果在下个周期中还存在偏差值比设定的炉膛中部温度最大偏差值大时，那么炉膛上部温度设定值每周期都比上个周期小1摄氏度，直到炉膛中部测量值和炉膛中部温度设定值相等。

5.根据权利要求4所述的隧道炉温度系统，其特征在于，温度采集模块通过温控仪将测温传感器测量的温度数据上传至工控机，由工控机设定炉膛温度设定值后，再通过工控机发送到温控仪进行炉膛温度设定值设定。

6.据权利要求5所述的隧道炉温度系统，其特征在于，所述温控仪和所述温度采集模块通过RS485通讯方式和所述工控机相连。

7.根据权利要求 6所诉的隧道炉温度控制系统，其特征在于，所述第一温控仪和所述第二温控仪通过自身的比例积分微分运算后分别输出标准信号到所述第一三相电力调功器和所述第二三相电力调功器；第一三相电力调功器和第二三相电力调功器接收到标准信号后，调压调功通过动力线直接加载到第一加热元器件和和第二加热元器件两端。

8.根据权利要求7所述隧道炉温度控制系统，其特征在于，所述第一加热元器件和第二加热元器件均为硅碳棒，通过电加热的方式进行升温。

9.一种隧道炉温度控制方法，其特征在于，所述隧道炉包括权利要求1所述隧道炉温度控制系统，所述方法包括：

步骤一、设定炉膛上部温度设定值和最大偏差值；

步骤二、确定炉膛上部温度补偿值和炉膛下部补偿值；

步骤三、所述炉膛下部温度设定值等于所述炉膛中部温度设定值和所述炉膛下部温度补偿值的和；

步骤四、所述炉膛上部温度设定值根据如下方法设定：

判断在当前周期中，炉膛中部测量温度值和炉膛中部温度设定值之间的偏差值；当偏差值小于等于设定的炉膛中部温度最大偏差值时，炉膛上部温度设定值维持不变；当偏差值比设定的炉膛中部温度最大偏差值大时，炉膛上部温度设定值等于炉膛中部设定值和炉膛下部温度补偿值以及偏差值的和，如果在下个周期中还存在偏差值比设定的炉膛中部温度最大偏差值大时，那么炉膛上部温度设定值每周期都比上个周期小1摄氏度，直到炉膛中部测量值和炉膛中部温度设定值相等。