CN109425233A - 钢管端部温度补偿控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢管端部温度补偿控制系统。本发明的钢管端部温度补偿控制系统，用于控制中频加热装置的加热温度，中频加热装置对相连接的多根钢管进行加热，包括：管端检测单元，管端检测单元设置于中频加热装置的入口处，并且在钢管前进时始终接触钢管的表面；补偿控制单元，补偿控制单元与管端检测单元连接，根据是否能够接收到管端检测单元的信号，确定是否检测到钢管端部，当检测到钢管端部时，确定钢管端部到达中频加热装置的时间，并且向中频加热装置输出需增加的功率补偿值。本发明的钢管端部温度补偿控制系统，能够精确地控制中频加热设备对钢管的端部加热温度提升，解决钢管的端部温度偏低的问题。

Description

钢管端部温度补偿控制系统

技术领域

本发明涉及钢管中频感应加热设备控制技术领域，尤其涉及一种应用于钢管外表涂敷的中频加热设备的钢管端部温度补偿控制系统。

背景技术

在3PE防腐钢管和2FBE防腐钢管的外涂层生产工艺中，外涂层底层的环氧粉末(简称FBE)需在被加热的管子上进行喷涂以被融化。根据不同环氧粉末原料的不同特性，钢管的表面温度需要升高至180～240℃。针对同一种环氧粉末而言，整根钢管的温度控制允差约为10-15℃，温差要求十分严格。因此，为保证环氧粉末的涂敷质量，必须确保在被涂钢管的表面温度均匀。

而现有的外涂层生产工艺中，均采用中频加热装置来提升管子表面温度，并且必须采用连续生产的方式，即各个被涂钢管需要头尾相接，并且钢管以螺旋方式在中频加热装置中前进。但实际生产过程中发现刚管端部区域的温度会偏低5-20℃，其原因为：前后相连二根钢管的端部区域由于存在材料断面，因此中频集肤效应明显降低；并且为保证前后连接钢管各部位均平直的要求，一般装有钢质管端连接器，使得钢管端部区域的负载变大，温度传导过快，导致钢管端部区域的温度偏低。尤其在冬季时，受到环境温度的影响，钢管端部区域的温度会更低，严重影响环氧粉末涂覆的合格率。

未解决上述的问题，在国内外同类产线上，通常采用适当提高加热温度，确保钢管端部区域的温度达到要求的方法(试验用取样均在钢管端部区域实施)。但是，这种方法的缺点是加热温度提高后，会使整根钢管的温度均提高，影响到整根钢管的环氧粉末涂覆质量或钢管的母材性能。除提高加热温度的方法外，也有通过人为干预的方法，即在每根钢管的尾部(紧接后一根钢管的头部)进入中频加热装置时，马上手动增大中频加热装置的加热功率，钢管的尾部走出中频加热装置时，再减小其加热功率，但是，这种方法的缺点是加热量和启动时间均有不确定性，易误操作和漏操作。

针对现有的钢管外表面涂敷时，中频加热设备连续加热多根相互连接的钢管的过程中，两根相互连接的钢管的端部连接处的局部温度偏低的问题，需要提供一种能够解决该问题的钢管端部温度控制系统。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种钢管端部温度补偿控制系统，能够检测钢管的端部到达中频加热设备的时间，并自动控制中频加热设备提高加热功率，能够精确地控制中频加热设备对钢管的端部加热温度提升，解决钢管的端部温度偏低的问题。

为实现上述目的，本发明的一种钢管端部温度补偿控制系统，用于控制中频加热装置的加热温度，中频加热装置对相连接的多根钢管进行加热，包括：

管端检测单元，管端检测单元设置于中频加热装置的入口处，并且在钢管前进时始终接触钢管的表面；

补偿控制单元，补偿控制单元与管端检测单元连接，根据是否能够接收到管端检测单元的信号，确定是否检测到钢管端部，当检测到钢管端部时，确定钢管端部到达中频加热装置的时间，并且向中频加热装置输出需增加的功率补偿值。

进一步地，两根钢管的钢管端部的外缘设有绝缘贴纸，管端检测单元包括两个导电刷，两个导电刷依次沿钢管的前进方向设置并且用于接触钢管的表面，两个导电刷分别连接补偿控制单元的信号输出端和信号输入端。

进一步地，管端检测单元还包括可升降立柱，两个导电刷分别固定于可升降立柱上，可升降立柱可带动两个导电刷同步地上升或者下降。

进一步地，管端检测单元还包括绝缘板，两个导电刷分别通过绝缘板固定于可升降立柱上。

进一步地，还包括控制选择单元，补偿控制单元的输出端与控制选择单元的输入端连接，控制选择单元根据操作人员的需要控制是否将功率补偿值输出至中频加热装置。

进一步地，中频加热装置包括功率控制单元，功率控制单元接受补偿控制单元输出的功率补偿值，并根据功率补偿值和预设加热功率，重新确定中频加热装置的加热功率。

进一步地，还包括功率补偿单元，功率补偿单元与补偿控制单元连接，由所述补偿控制单元控制输出所述功率补偿值。

进一步地，还包括温度检测单元，温度检测单元设置于中频加热装置的出口，检测经中频加热装置加热后的钢管各个部位的表面温度，功率补偿单元根据温度检测单元的检测结果，改变补偿控制单元输出的功率补偿值。

进一步地，补偿控制单元根据钢管的前进速度和管端检测单元的位置，确定钢管端部到达中频加热装置的时间，并在该时间向所述中频加热装置输出需增加的功率补偿值。

进一步地，补偿控制单元还能够根据钢管的前进速度和中频加热装置的加热炉长度，确定钢管端部离开中频加热装置的时间，并在该时间停止向中频加热装置输出功率补偿值。

本发明的钢管端部温度补偿控制系统，可以通过管端检测单元检测钢管端部，并且向补偿控制单元发出检测的信号，补偿控制单元根据该信号计算出钢管端部到达中频加热装置的时间，并且向中频加热装置输出需增加的功率补偿值，中频加热装置就可以根据该功率补偿值重新调整加热功率，当钢管端部进入中频加热装置时，自动提高加热功率，精确地控制中频加热设备对钢管的端部加热温度提升，以解决钢管的端部温度偏低的问题。

附图说明

图1为本发明的钢管端部温度控制系统的结构示意图；

图2为两根钢管的连接结构示意图；

图3为本发明中的管端检测单元的结构示意图；

图4为本发明的钢管端部温度控制系统的电路图；

图5为本发明实施例中的钢管温度分布曲线图；

图6为本发明实施例中的功率补偿给定曲线图。

具体实施方式

下面，结合附图，对本发明的结构以及工作原理等作进一步的说明。

如图1所示，本发明的钢管端部温度补偿控制系统，用于控制中频加热装置的加热温度，具体地，中频加热装置对相连接的多根钢管进行加热，本发明的钢管端部温度补偿控制系统可以控制提高相连接的两根钢管的钢管端部的加热温度，主要包括中频加热装置、管端检测单元和补偿控制单元。其中，中频加热装置用于对相连接的多根钢管进行加热。管端检测单元设置于中频加热装置的入口处，并且在钢管前进时始终接触钢管的表面，用于分辨出钢管端部。管端检测单元与补偿控制单元管端检测单元连接，补偿控制单元根据是否能够接收到管端检测单元的信号，确定是否检测到钢管端部，当检测到钢管端部时，确定钢管端部到达中频加热装置的时间，向中频加热装置输出需增加的功率补偿值。

如图2所示，各钢管1的钢管端部的外缘分别贴有绝缘贴纸2并通过连接器3连接，绝缘贴纸2沿钢管端部的周向贴在其侧壁上。其中，绝缘贴纸2可以完全覆盖连接器3，防止由于连接器3可以导电而影响对钢管端部的判断。由于前后二根钢管1被连接器3连接，并且以螺旋方式前进，传统的检测传感器无法有效分辨出管端。因此，在本发明实施例中，可以利用钢管端部上贴有的绝缘贴纸2的绝缘作用以及电流导通原理对钢管进行分辨，即利用如图3所示的管端检测单元判断钢管端部是否到达检测位置。具体地，管端检测单元包括两个导电刷4、可升降立柱和绝缘板5。其中，可升降立柱位于钢管1移动轨迹的正下方(即检测位置，其中检测位置可以为位于钢管1移动轨迹的正下方的任意位置)，包括固定部8和升降部7，升降部7可沿竖直方向移动地安装于固定部8上，固定部8将管端检测单元的各部件固定于检测位置，防止其沿钢管1移动轨迹方向移动，防止出现误差。升降部7的顶端设有安装座6，两个导电刷4分别通过绝缘板5固定于安装座6上，使可升降立柱可带动两个导电刷4同步地上升或者下降，而绝缘板5起到隔绝导电刷4与可升降立柱的作用，防止导电刷4的电流流向可升降立柱。两个导电刷4依次沿钢管1的前进方向设置，并且始终接触钢管1的表面。两个导电刷4分别连接导线，并且分别连接补偿控制单元的信号输出端和信号输入端。

基于本发明的管端检测单元的结构，在本发明实施例中，钢管端部温度补偿控制系统的控制部分如图4所示。补偿控制单元可以包括补偿控制器ZJI-3，两个导电刷分别为开关S4的两个接触点并且分别连接补偿控制器ZJI-3的信号输出端和信号输入端，确定管端检测单元是否检测到钢管端部的方法为：当两个导电刷4同时接触钢管1的表面时，由于钢管1导电，因此，开关S4导通，从补偿控制器ZJI-3的信号输出端输出的电信号导通，补偿控制器ZJI-3的信号输入端可以接收到电信号，此时，管端检测单元可以确认未检测到钢管端部；当其中任意一个或两个导电刷4同时接触钢管端部的绝缘贴纸2时，由于绝缘贴纸2不导电，因此，开关S4不导通，补偿控制器ZJI-3的信号输入端无法接收到电信号，导致电信号断开，即可判断管端检测单元检测到钢管端部，并且钢管端部已经到达检测位置。

当判断出钢管端部到达检测位置时，补偿控制器ZJI-3便可以根据钢管的前进速度和检测位置与中频加热装置之间的距离，确定钢管端部到达中频加热装置的时间，并在该时间向中频加热装置输出需增加的功率补偿值。同时，补偿控制器ZJI-3还能够根据钢管的前进速度、检测位置与中频加热装置之间的距离和中频加热装置的加热炉长度，确定钢管端部离开中频加热装置的时间，并在该时间停止向中频加热装置输出功率补偿值。中频加热装置包括功率控制单元VCC，功率控制单元VCC接受补偿控制单元输出的功率补偿值，并根据功率补偿值和预设加热功率，重新确定中频加热装置的加热功率。

由于当检测位置确定后，检测位置与中频加热装置之间的距离固定、钢管的前进速度固定，并且中频加热装置的加热炉长度固定，因此，可以根据以上参数，确定钢管端部到达中频加热装置的加热炉的时间t1和钢管端部离开中频加热装置的加热炉的时间t5。

设钢管直线前进速度为v，检测位置与中频加热装置之间的距离为L1，钢管端部由检测位置开始移动到达中频加热装置的加热炉的时间t1的计算公式为：t1＝L1/v，设中频加热装置的加热炉的长度为L2，钢管端部由检测位置开始移动直至离开中频加热装置的加热炉的时间t5的计算公式为：t5＝(L1+L2)/v。因此，即可以确定向中频加热装置输出需增加的功率补偿值的时间，以及停止向中频加热装置输出功率补偿值的时间。

在本发明实施例中，还包括温度检测单元，温度检测单元包括温度传感器，温度传感器设置于中频加热装置的加热炉出口，用于检测经中频加热装置加热后的钢管1各个部位的表面温度，功率补偿单元根据温度检测单元的检测结果，确定并改变补偿控制单元输出的功率补偿峰值Vf，由于钢管端部的温度是逐渐降低的，因此，确定出功率补偿峰值Vf后，可以根据其确定提升时间t2、下降时间t3和功率补偿峰值时间t4，使加热温度逐渐升高，防止由于加热温度直接升高至最高后，导致对钢管端部加热后的局部温度过高。

设钢管端部低温区域的长度为L，钢管端部的绝缘贴纸2的宽度为L0，钢管直线前进速度为v，因此，提升时间t2和下降时间t3的计算公式为t2＝t3＝(L-L0)/v，功率补偿峰值时间t4的计算公式为t4＝2*L0/v。功率补偿峰值Vf的设定根据端部区域温差大小、钢管规格以及环境温度等因素进行实时调整，以温度补偿后钢管实际测量温度为衡量标准。在本发明实施例中，还包括功率补偿单元，功率补偿单元与补偿控制单元连接，由补偿控制单元控制输出所述功率补偿值，如图4所示，可以通过螺旋调微器IN根据需要实时调节功率补偿峰值Vf。

在本发明实施例中，如图4所示，还包括控制选择单元，补偿控制单元的输出端与控制选择单元的输入端连接，控制选择单元根据操作人员的需要控制是否将功率补偿值输出至中频加热装置。其中，控制选择单元可以控制中频加热装置分别选择远程控制(自动)或者本地控制(手动)。具体地，控制选择单元可以包括开关S1和开关S2，开关S1连接补偿控制单元的输出端和功率控制单元的输入端，开关S2连接手动输入设备的输出端和功率控制单元的输入端。连通开关S1选择远程控制时，即为补偿控制单元将功率补偿值输出至中频加热装置的功率控制单元，并自动控制其提高加热功率；连通开关S2选择本地控制时，可以有操作人员手动在中频加热装置的功率控制单元输入提高加热功率的时间和功率增加值。另外，还可以在开关S1、开关S2与功率控制单元之间设置开关S3，用于控制功率控制单元是否使用温度补偿功能。

利用本发明实施例的钢管端部温度补偿控制系统的一个实施例为，生产Φ1016×21mm规格的钢管时，钢管实际前进速度为1.6米/min，工艺要求温度设定值为210℃，要求控制在+-5℃以内，中频加热设备的功率实际输出为400KW。未采用本发明的钢管端部温度控制系统时，温度传感器检测到的钢管端部连接处2m区域内的温度采样如表1所示(采样频率为5次/s，温度单位：℃)。

表1温度采样表

时间	0	5	10	15	20	25	30	35	40	45	50	55	60	65	70
																温度	209	205	202	200	197	195	190	192	195	196	197	200	202	205	208

根据表1即可绘制出如图5所示的钢管温度分布曲线图，其中，横坐标为采样时间(s)，纵坐标为温度(℃)，可以看出，在采样时间为30s的时候，钢管端部的温度最低，该位置对应为连接两根钢管的连接器的位置，采样时间为0-30s时，温度传感器检测的为两根钢管中的第一根钢管的末端。采样时间为30-70s时，温度传感器检测的为两根钢管中的第二根钢管的首端。管端检测单元的安装位置距离加热炉L1为0.5m，管端检测单元的低温区长度约为2米，绝缘贴纸区域的宽度为0.2米，从图5的钢管温度分布曲线图可以得知，需要将钢管端部分提升5～15℃，需要考虑其他散热等因数的影响，设计考虑其提温的加热功率峰值为50KW。因此，根据上述的计算公式功率补偿控制相关参数设置如表2，并获得如图6所示的功率补偿给定曲线图。

表2功率补偿控制相关参数设置表

t1	t2	t3	t4	Vf(KW)
					18s	30s	30s	15s	50

根据上述参数使用本发明的钢管端部温度补偿控制系统进行了5次试验，温度传感器在每次试验中检测到的钢管端部连接处2m区域内的温度采样数据如表3(采样频率为5次/s，温度单位：℃)。

表3温度采样数据表

由上表可知，本发明实施例的钢管端部温度补偿控制系统能够有效控制管端温度，达到工艺要求的精度范围。

综上所述，本发明实施例的钢管端部温度补偿控制系统，主要针对钢管外表面涂敷时中频加热设备连续加热过程中两根钢管连接处的钢管端部局部温度偏低的问题。管端检测单元给出检测到钢管端部的信号，再通过钢管直线前进速度计算出钢管端部到达加热炉的时间以及完全通过加热炉的时间，根据温度检测单元检测出的钢管温差得出需要增加的功率补偿值，功率控制单元根据设定的时间和功率补偿值，改变加热功率，使得功率输出加大，从而实现对钢管端部升温的控制。

以上，仅为本发明的示意性描述，本领域技术人员应该知道，在不偏离本发明的工作原理的基础上，可以对本发明作出多种改进，这均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种钢管端部温度补偿控制系统，用于控制中频加热装置的加热温度，所述中频加热装置对相连接的多根钢管进行加热，其特征在于，包括：

管端检测单元，所述管端检测单元设置于所述中频加热装置的入口处，并且在所述钢管前进时始终接触所述钢管的表面；

补偿控制单元，所述补偿控制单元与所述管端检测单元连接，根据是否能够接收到所述管端检测单元的信号，确定是否检测到所述钢管端部，当检测到所述钢管端部时，确定所述钢管端部到达所述中频加热装置的时间，并且向所述中频加热装置输出需增加的功率补偿值。

2.如权利要求1所述的钢管端部温度补偿控制系统，其特征在于，所述两根钢管的钢管端部的外缘设有绝缘贴纸，所述管端检测单元包括两个导电刷，所述两个导电刷依次沿所述钢管的前进方向设置并且用于接触所述钢管的表面，所述两个导电刷分别连接所述补偿控制单元的信号输出端和信号输入端。

3.如权利要求2所述的钢管端部温度补偿控制系统，其特征在于，所述管端检测单元还包括可升降立柱，所述两个导电刷分别固定于所述可升降立柱上，所述可升降立柱可带动所述两个导电刷同步地上升或者下降。

4.如权利要求3所述的钢管端部温度补偿控制系统，其特征在于，所述管端检测单元还包括绝缘板，所述两个导电刷分别通过所述绝缘板固定于所述可升降立柱上。

5.如权利要求1所述的钢管端部温度补偿控制系统，其特征在于，还包括控制选择单元，所述补偿控制单元的输出端与所述控制选择单元的输入端连接，所述控制选择单元根据操作人员的需要控制是否将所述功率补偿值输出至所述中频加热装置。

6.如权利要求2所述的钢管端部温度补偿控制系统，其特征在于，所述中频加热装置包括功率控制单元，所述功率控制单元接受所述补偿控制单元输出的所述功率补偿值，并根据所述功率补偿值和预设加热功率，重新确定所述中频加热装置的加热功率。

7.如权利要求1所述的钢管端部温度补偿控制系统，其特征在于，还包括功率补偿单元，所述功率补偿单元与所述补偿控制单元连接，由所述补偿控制单元控制输出所述功率补偿值。

8.如权利要求2所述的钢管端部温度补偿控制系统，其特征在于，还包括温度检测单元，所述温度检测单元设置于所述中频加热装置的出口，检测经所述中频加热装置加热后的所述钢管各个部位的表面温度，所述功率补偿单元根据所述温度检测单元的检测结果，改变所述补偿控制单元输出的所述功率补偿值。

9.如权利要求1所述的钢管端部温度补偿控制系统，其特征在于，所述补偿控制单元根据所述钢管的前进速度和所述管端检测单元的位置，确定所述钢管端部到达所述中频加热装置的时间，并在该时间向所述中频加热装置输出需增加的功率补偿值。

10.如权利要求9所述的钢管端部温度补偿控制系统，其特征在于，所述补偿控制单元还能够根据所述钢管的前进速度和所述中频加热装置的加热炉长度，确定所述钢管端部离开所述中频加热装置的时间，并在该时间停止向所述中频加热装置输出所述功率补偿值。