加熱爐電氣自動控制技術(shù)發(fā)展探討

李曜旭

摘 要：隨著工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，加熱爐控制技術(shù)要求也變得愈來愈高，這為加熱爐電氣自動控制技術(shù)提供了發(fā)展空間?；诖?，本文對加熱爐電子自動控制技術(shù)進(jìn)行了探討，并提出了相關(guān)觀點(diǎn)，以供參考。

關(guān)鍵詞：加熱爐；自動化；電氣；技術(shù)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.04.049

1 加熱爐概述

在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中，加熱爐是不可或缺的加工設(shè)備，在很多行業(yè)當(dāng)中都有著廣泛的應(yīng)用。加熱爐主要包括連續(xù)加熱爐與室式加熱爐。連續(xù)加熱爐運(yùn)行過程中，料坯會在爐內(nèi)根據(jù)軋制的節(jié)奏進(jìn)行連續(xù)運(yùn)動，爐氣也會在爐內(nèi)進(jìn)行連續(xù)流動[1]。當(dāng)爐料斷面尺寸、產(chǎn)量機(jī)類型確定時，連續(xù)加熱爐各部分溫度并不會隨時間變化而變化，只會沿長度方向發(fā)生變化；金屬料的溫度也不會隨著時間變化而出現(xiàn)變化，僅沿長度方向發(fā)生變化。室式加熱爐主要用于金屬坯加熱或鍛壓前加熱。室式加熱爐物料加熱時并不會移動，并且爐內(nèi)不分段，需保持爐內(nèi)各處溫度均勻。對于部分大型鋼錠加熱則采取周期性的加熱方式。多數(shù)加熱爐都屬于高耗能窯爐，資源消耗較多，并且加熱爐產(chǎn)生的煙氣會散發(fā)出大量熱量，會影響熱能利用率。因此，在加熱爐應(yīng)用過程中需采取一定節(jié)能措施來控制能源消耗，從而提升熱能利用率，降低使用成本。

2 加熱爐電氣自動控制技術(shù)瓶頸分析

以往加熱爐控制偏重于常規(guī)燃燒控制。一般會根據(jù)加熱爐實(shí)際運(yùn)行狀況，采取針對性措施讓加熱爐始終維持穩(wěn)定的工況，從而實(shí)現(xiàn)最佳燃燒，達(dá)到節(jié)能減耗的目的。隨著計算機(jī)技術(shù)及電氣技術(shù)的不斷成熟，為加熱爐溫控提供了極大的技術(shù)支持。以計算機(jī)技術(shù)來控制加熱爐各段爐溫，可有效提升控制精度，并可得到較為理想的物料溫度，在實(shí)現(xiàn)最佳燃燒的同時，也能保證加熱爐安全性。正是由于計算機(jī)技術(shù)與電氣技術(shù)的不斷發(fā)展，讓加熱爐自動化控制得以實(shí)現(xiàn)。相對于歐美發(fā)達(dá)國家而言，我國加熱爐電氣自動控制技術(shù)起步較晚，并且普及面較窄。部分工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)盡管配備了較為先進(jìn)的計算機(jī)硬件設(shè)施，但計算機(jī)主要用于簡單的PID調(diào)節(jié)，只是用來替代普通測量儀表，并未將計算機(jī)的強(qiáng)大功能充分發(fā)揮出來。在加熱爐電氣自動控制技術(shù)應(yīng)用過程中，還會受到一些外界因素干擾，會對系統(tǒng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，一定程度上制約了控制效果[2]。在加熱爐燃燒系統(tǒng)控制方面，主流的控制方式包括交叉燃燒控制及流量、溫度串級比值控制。在加熱爐穩(wěn)定工作的狀態(tài)下，上述兩種方式能夠得到較好的自動控制效果。一旦加熱爐工況不夠穩(wěn)定，上述兩種方式控制效果將大大削弱，無法實(shí)現(xiàn)最佳燃燒。之所以國內(nèi)很多加熱爐控制系統(tǒng)無法完全實(shí)現(xiàn)自動控制，主要還是受到了某些技術(shù)瓶頸限制，主要表現(xiàn)為以下幾個方面：（1）自動控制技術(shù)無法滿足工藝需求。工業(yè)生產(chǎn)過程中，工藝是保證產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率的基礎(chǔ)。生產(chǎn)工藝與諸多因素相關(guān)，包括原材料、設(shè)備、操作方法等。部分加熱爐自動控制技術(shù)與生產(chǎn)工藝格格不入，無法滿足工藝需求，使得自動控制效果大大受限。（2）參數(shù)檢測。要實(shí)現(xiàn)加熱爐自動控制，需要對相關(guān)參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確測定，才能保證控制過程的精確度。例如，在部分加熱爐當(dāng)中會利用氧化鋯氧濃度儀表來檢測尾氣含氧量，以此來判斷氧氣濃度。然而氧化鋯氧濃度儀表壽命并不長、維護(hù)較為困難，并且部分尾氣當(dāng)中含有大量雜質(zhì)，會對檢測結(jié)果產(chǎn)生影響，這也就意味著無法準(zhǔn)確測定尾氣含氧量，也就不能構(gòu)成自動控制閉環(huán)，一定程度上制約了自動控制效果。（3）無法構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化模型實(shí)現(xiàn)自動化控制。加熱爐運(yùn)行過程中涵蓋了很多未知參數(shù)，包括溫度、熱工狀況等，并且工藝參數(shù)會出現(xiàn)一定程度波動，干擾因素較多，很難構(gòu)建自動化控制標(biāo)準(zhǔn)模型。

3 加熱爐電氣自動控制主流技術(shù)分析

3.1 PLC技術(shù)

PLC（可編程邏輯控制器）是目前在加熱爐自動控制過程中應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)之一。PLC是一種典型的工業(yè)控制計算機(jī)，其基本結(jié)構(gòu)與微型計算機(jī)相同，包括電源、CPU、存儲器、輸入接口電路、輸出接口電路、功能模塊及通信模塊等。PLC工作過程主要分為三個階段及輸入采樣、用戶程序執(zhí)行及輸出刷新。輸入采樣階段，PLC可通過掃描方式讀取輸入數(shù)據(jù)及狀態(tài)，并將其存入相應(yīng)單元內(nèi)；用戶程序執(zhí)行階段，PLC會按順序?qū)τ脩舫绦蜻M(jìn)行掃描，并對控制線路（由觸點(diǎn)構(gòu)成）進(jìn)行邏輯運(yùn)算，當(dāng)獲得邏輯運(yùn)算結(jié)果后，會對邏輯線圈在RAM中對應(yīng)的狀態(tài)進(jìn)行刷新；輸出刷新階段，CPU會根據(jù)I/O映像區(qū)對應(yīng)的狀態(tài)、數(shù)據(jù)對輸出鎖存電路進(jìn)行刷新，然后再通過輸出電路來控制外設(shè)。相對于傳統(tǒng)繼電器邏輯控制系統(tǒng)而言，PLC編程較為簡單且功能全面，具有良好的適應(yīng)性。同時，PLC具有較好的抗干擾性能，控制故障發(fā)生率較低。在加熱爐運(yùn)行過程中，裝出料、測量及管材等信息數(shù)據(jù)均可通過PLC及二級計算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)計算機(jī)自動化操作。

3.2 網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)

近年來，網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的不斷成熟為加熱爐自動控制提供了有力的支持。利用網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)，一方面能夠?qū)崿F(xiàn)信息資源共享。不同的加熱爐通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息數(shù)據(jù)交互，可實(shí)現(xiàn)動態(tài)協(xié)調(diào)，有利于提升生產(chǎn)效率。同時，利用網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)可實(shí)現(xiàn)多機(jī)處理，即便某一臺設(shè)備出現(xiàn)故障，其他設(shè)備依然能夠保持獨(dú)立、穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，有利于提升整個生產(chǎn)系統(tǒng)的安全性。另一方面，通過通信網(wǎng)絡(luò)能夠及時反饋電氣自動系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)信息，一旦出現(xiàn)故障，可立即處理，避免故障擴(kuò)散。

3.3 數(shù)字傳動技術(shù)

數(shù)字傳動系統(tǒng)硬件電路標(biāo)準(zhǔn)化程度較高，且制作成本較低，運(yùn)行過程中不會受器件溫度漂移影響。同時，數(shù)字傳動系統(tǒng)控制關(guān)鍵可進(jìn)行復(fù)雜運(yùn)算與邏輯判斷，可實(shí)現(xiàn)非線性、自適應(yīng)、智能化控制，具有典型的數(shù)字化及離散化特征。目前，數(shù)字化可控硅整流裝置及交流逆變裝置已經(jīng)完全替代了傳統(tǒng)模擬控制的交/直流供電裝置，大幅度提升了加熱爐生產(chǎn)效率。

4 結(jié)語

加熱爐電氣自動控制技術(shù)的不斷發(fā)展，為加熱爐安全、穩(wěn)定運(yùn)行提供了可靠的技術(shù)保障。要進(jìn)一步提升加熱爐自動化控制水平，不僅要關(guān)注工藝、設(shè)備等要素，還要重視加熱爐運(yùn)行環(huán)境、生產(chǎn)流程，從而對加熱爐自動控制技術(shù)進(jìn)行針對性優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減耗。

參考文獻(xiàn)：

[1]李健鋒.工業(yè)加熱爐電氣自動控制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀[J].山東工業(yè)技術(shù)，2016（22）：27.

[2]岳忠.步進(jìn)式加熱爐電氣控制方式的研究與應(yīng)用[J].機(jī)械工程與自動化，2016（01）：181-182.