厦门宇电新型温控装置在天津炉控温系统中的应用

摘自《仪表技术与传感器》2006年第四期
宝鸡钛业股份有限公司板带厂 作者：刘林虎 
    摘要：本文着重论述了新型温控装置在天津炉温控系统中的应用，较为详细地对温控系统的组成，构成器件的原理、性能、功用进行了阐释说明。文中对系统的运行原理，使用效果进行了分析说明。*后指出，该温控系统是一种应用广泛、经济适用、控制效果显著并值得广泛推崇使用的新型温控装置。
 
关键词：温控 加热炉 智能控制 炉温 AI-808P 
1．引言 
    天津炉主要由辊子传动系统和温控加热系统构成。原天津炉温控加热系统主要由接触器及温控仪表组成。天津炉加热系统总功率为546KW，分5个加热区。加热体采用铁鉻铝材料，使用温度为0～1100℃，采用镍鉻镍硅热电偶做为温度测量，温度显示仪表为圆图式温度记录仪。同时利用圆图式温度记录仪控制继电器加热，由继电器控制接触器通与断，从而使加热温度与给定温度基本一致。使用加热电源为低压380V三相动力电源。加热体采用星形连接，它们布设在炉子的炉顶及炉底。应用此温控加热系统存在着诸多弊端，主要表现在以下几个方面：
    （1）由于该控制方式为三位式控制（加热、保持、停止），这种控制方式存在着温度控制波动大，温度控制精度差（±10度），加热功率不可调节，因而能源浪费大，加热效率低。其它继电器触点动作频繁，因而触点磨损严重。故障率逐年攀升，已经给生产构成严重威胁。
    （2）温控仪表老化严重，存在控制失灵等故障，仪表控制精度也难以满足现代生产工艺的精度要求。而且此仪表要求日常频繁维护。
    （3）系统运行时噪音大，振动较大（接触器吸合不良形成）。这样接触器机构件极易松动，造成连接处发热严重，极易形成火灾事故及其它电气故障。

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2．新型的温控系统 
2．1温控系统的组成
    新型温控加热系统由温控仪表和可控硅触发回路及无纸记录仪仪表等低压控制元件组成。系统包括1台进线柜，3台控制柜，分别控制天津炉的主电源系统和五区加热系统及炉门传动控制系统（前后炉门的点动升降控制）。具体说明如下：
2．1．1进线柜操作
    进线柜操作包括合闸及分闸操作。面板指示有电压指示、工作电源正常指示、空开分离指示和有功功率计量。
2．1．2炉门传动控制系统
    炉门传动控制系统执行前后炉门的升降操作，炉门控制系统为点动操作控制。电气控制上具有上下限及升降联锁控制。
2．1．3控制电源系统
    控制电源主要提供五区加热回路的控制电源及仪表和炉门的控制电源。其中仪表电源为保证仪表的安全及可靠性，应用380V／220V隔离变压器供电。控制电源的操作通过分合有关空气断路器及切合有关按钮实现。
2．1．4五区加热回路操作
    五区加热回路操作分为单动及联动操作。单动时选择单动／联动按钮为单动位置，此时通过操作各区的起停按钮实现各区的停送电操作，停送电时对应相应的指示灯亮。联动时选择在联动位置，按下起动按钮，各区接触器吸合，对应运行指示灯亮；按对应联动停止按钮时，各区接触器断开，对应停止指示灯亮。联动、单动操作前，各区动力空开及控制空开均在合位置。
2．1．5无纸记录仪(EN880)
    EN880的主要功能为:丰富的显示画面；强大的设置功能；完善的流量处理；实用的磁盘操作功能；方便的数据统计功能；灵活的报警功能；可靠的通讯功能；随机提供的数据管理软件。
2．1．6 宇电AI-808PAXI2温控表
2．1．6．1 宇电AI-808PAXI2温控表性能：
    AI－808P程序型仪表用于需要按一定时间规律自动改变给定值进行控制的场合。它具有强大的编程及操作能力，可进一步提高控制设备的自动化程度。它具备50段程序编排功能，可设置任意大小的给定值升/降斜率；具有跳转、运行、暂停及停止等可编程/可操作命令，可在程序控制运行中修改程序；具备二路事件输出功能。可通过报警输出控制其他设备联锁动作，进一步提高设备自动化能力；可通过安装外部开关执行程序运行/暂停/停止等操作，以实现连锁、同步启动运行或方便操作；具有停电处理模式、测量值启动功能及准备功能，使程序执行更有效率及更完善。
2．1．6．2功能及概念：
    程序段：段号可从1－30，当前段(STEP)表示目前正在执行的段。
    设定时间：指程序段设定运行的总时间，单位是min，有效数值从1－9999。
    运行时间：指当前段已运行时间，当运行时间达到设置时间时，程序自动跳下一段运行。
    跳转：程序段可编程为自动跳转到1－30段中的任意段执行，可实现循环控制。通过修改STEP的数值也可实现跳转。
    运行/暂停（run/HoLd）：程序在运行状态时，计时，给定值按预先编排的程序曲线变化。程序在暂停状态下，停止计时，给定值保持不变。仪表能在程序段中编入暂停操作，也可由人随时执行暂停/运行操作。暂停状态下仪表仍然保持调节功能。
    停止（stoP）：执行停止操作，将使程序停止运行，此时运行时间被清0，事件输出开关复位，并且停止控制输出。在停止状态下执行运行操作，则仪表将从STEP设置的段号启动运行程序。可在程序段中编入自动停止的功能，并同时对运行段号STEP值进行设置。也可人为随时执行停止操作（执行后STEP被设置为1，不过用户可再进行修改）。
    事件输出：由程序编排发生。可在程序运行中控制2路报警开关动作，以方便控制各种外部设备同步或连锁工作。
    停电/开机事件：指仪表接通电源或在运行中意外停电，可提供多种处理方案供用户选择。用户可以通过设置仪表的参数（run）设置仪表重新上电后的运行状态。
    准备（rdy）/测量值启动功能：在启动运行程序由于炉体的温度和仪表设置的初始温度之间有偏差，并且其差值大于正（或负）偏差报警值(dHAL及dLAL)时，仪表并不立即进行正（或负）偏差报警，而是先将测量值调节到其误差小于偏差报警值，此时程序也暂停计时，也不输出偏差报警信号，直到正、负偏差符合要求后才再启动程序。准备/测量值启动功能用于设置无法预知升／降温时间的段也十分有用。要允许或取消准备/测量值启动功能，可在run参数中进行设置。准备/测量值启动功能可保证了运行整条程序曲线的完整性，准备/测量值启动功能用于解决启动运行时测量值与给定值不一致而对程序运行产生的不确定性，以获得高效率、完整并符合用户要求程序运行结果。
2．1．7 宇电AIJK3移相触发器
    宇电AIJK3系列是应用了单片机技术的智能化三相移相触发及周波过零两用触发器，功能强大且可靠性高，能适应各种电阻丝、硅碳棒及负载采用变压器降压的硅钼棒、钨丝等各种类型工业电炉，也可用于电机软启动的控制。
    AIJK3的主要性能：0-20mA（0-5V）/4-20mA（1-5V）信号兼容输入；采用计算机技术进行线性化功率修正，当负载为阻性时，其输出功率与输入信号成正比；缺相检测、过流检测及报警功能；AIJK3还具备可控硅击穿及负载开路检测功能；自动同步功能，连接可控硅触发线时不需要对相序；AIJK3甚至不需要对极性；采用全光电隔离及“烧不坏”技术，可靠性非常高，对输入端造成干扰小；电流反馈或延迟时间可调的软启动/软停止功能，适应硅钼棒、钨丝、电动机及感性负载；内含开关电源，可直接用220VAC电源供电，并具备5V及24V两组直流电源输出。 
    AIJK3在下述情况下报警：主回路断线或缺相；主回路接触器断开；阻容压敏吸收损坏（不影响加热）。 
2.1.8仪表控制
    仪表控制分为单动与联动，在仪表电源及变压器正常的情况下，各柜内仪表空开在合状态下，在2＃柜内选择单动／联动按钮开关，仪表即可执行单动或联动操作。仪表控制由运行（RUN）、停止（STOP）、保持（HOLD）三种状态。
    仪表单动操作用于控制1个区的1台仪表运行，联动操作用于控制1～5区的所有仪表运行。仪表运行的3种状态无论在单动或联动操作下，均可通过点动按住联动温控仪表按钮进行转换，转换见图1：
 

图1：单动、联动状态下仪表运行状态转换图 
 
 
    接触器在停止状态下上电，仪表会自动转入STOP状态，主回路接通时各区仪表在单动或联动操作下才能进入运行加热状态，这是出于对接触器机构及触头的保护。因为带载状态接触器吸合，会对接触器触头造成电冲击，一致烧蚀触头降低使用寿命。 
3．温控系统运行原理 
3.1运行原理如图2所示： 

图2：温控系统运行原理图 
 
 
    AI-808PAXI2仪表*次运行时，启用了自整定功能，便较快的找到了*佳MPT参数。自整定过程是采用位式控制来进行系统调节的， 系统经过2-3次振荡后，仪表内部的微处理器根据位式控制产生的振荡，分析其周期、幅度及波形来自动计算出M5、P、T等控制参数。AI系列仪表中引入专家自整定系统后，不仅降低了操作人员的劳动强度，方便了操作，而且进一步提高了控制系统的控制质量。
采用过零触发主要是过零触发较移相触发对电网谐波污染极小，极小影响电网其它电气设备可靠运行。
3．3 AI-808PAXI2仪表的有关操作
3．3．1烘炉操作
    在加热炉炉体或加热体检修完毕后，为确保炉体及加热体长期安全、可靠运行，提高加热体的使用寿命，一般要对加热炉进行烘炉操作，这是需要调烘炉曲线进行烘炉。烘炉曲线根据加热炉有关规程进行设定，一般是多温度区线段运行，经历按一定温度上升率升温，升到*温度段后保温若干时间，在循环第二、第三等温度段，*后炉子烘炉结束进入运行阶段。调烘炉曲线时，仪表在上电窗口下按“ 循环设置键”两次，进入“STEP X”，改X值为5。操作仪表控制按钮使仪表运行便可进入烘炉，在烘炉完毕后仪表自动转入生产阶段，并保持上次设定的生产温度。在这种情况下需要首先设定好初次生产的温度C01和C02，以免设备在烘炉结束后出现不正常的温度状态。
3．3．2仪表的工艺生产设定 厦门宇电自动化科技有限公司www.xmyudian.com
    在上电窗口下需要设定值时，按“向左键”进入“C01 XXXX”，通过“向上键”或“向下键”
设定XXXX为生产设定值，再按“向下键” 到“C02 XXXX”使XXXX为生产温度设定值，在保温状态下，两次设定值设定的生产温度相同，使仪表进入运行状态。重复以上操作，改变XXXX设定值即可改变温度值。 
结论 厦门宇电自动化科技有限公司www.xmyudian.com
    此温控系统运行半年来，系统工作可靠，而厦门宇电的AI-808P和AIJK系列触发器在此系统中起到至关重要的作用，控温精度极高（稳态时达到±1℃），实现了温度控制的无超调高精度控制，而且已达到免维护无故障运行。系统调整操作方便，运行经济可靠，节省电能。并且系统具有极强的抗干扰性，*地提高了企业的生产效率，使该厂的企业自动化水平有较大提高。该温控系统确是一种应用广泛、经济适用、控制效果显著并值得广泛推崇使用的新型温控装置。