40T铝箔退火炉温度控制系统:煤气罩式退火炉温度控制系统

　　摘 要：铝箔退火炉是铝箔生产的热处理工艺设备。铝箔成品退火是铝箔生产的最后一道工序。文章介绍了铝箔退火炉的温度控制过程、冷却系统。 　　关键词：铝箔退火炉；热电偶；PID；SW03A；循环风机
　　中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1000－8136（2012）03－0013－02
　　
　　铝箔退火炉是铝箔生产的热处理工艺设备。铝箔成品退火是铝箔生产的最后一道工序。目的是消除冷加工硬化以便继续进行轧制或深度加工；控制产品的状态和性能；清除轧制油，提高表面质量。对退火炉的基本要求是，能够根据退火工艺曲线，实现准确的升温、保温及降温工艺，同时保证炉内各处的温度均匀。
　　1 设备介绍
　　该退火炉加热器安装功率1 620 kW、分三区共54支30 kW卡口式加热器组成，Y型接法，安装在炉子两侧。
　　温控方式：温差比例控制、定时定温控制。
　　循环风机：W63BN015.24C，转速570～1 100 r/min；配用电机45 kW，变频调速。
　　风机参数：低压大风量轴流可逆式风机，选用变频调速，电机功率45 kW，风压50 mm H20，风量148 000 m3/h，风机数量：3台。
　　吹洗风机：电机功率5.5 kW。风机9－26No4A，Q＝3 215 m3/h，P20＝3 400 P，2 900 r/min，变频调速。
　　2 温度控制系统
　　采用PLC进行自动控制，智表作为手动控制（备用）。主机PLC选用西门子S7－300系列产品，配有西门子触摸屏进行操作。
　　图1 退火炉闭环控制系统框图
　　退火炉闭环控制见图1：炉顶热电偶由两根不同材料的电阻（镍铬－镍硅）由于温差而产生热电势Pv（t）。由模拟量输入模块采集输入并通过A/D转换器转换为数字量信号Pv（n）。PLC通过设定温度Sp（n）与输入的Pv（n）比较得出误差值ev（n）＝Sp（n）－Pv（n）。PID控制器根据误差值ev（n）计算出输出时间mv（n）。输出至晶闸管功率功展板SW03A。由SW03A通过控制晶闸管的通断来控制加热器的导通，从而控制退火炉的输出功率和炉温。
　　2.1 PID整定［1］
　　退火炉的温度是一个连续的过程，是模拟量。但铝箔退火炉PLC控制系统是一种采样控制系统，它只能根据采样时刻的偏差值计算控制量，因此，必须将PID调节器离散化，用差分方程来代替连续系统的微分方程。根据研究我们可以知道：
　　第n次采样时控制器的输出为：
　　式中，ev（n－1）是第n－1次采样时的误差值，上式可以化简为：
　　式中，Kp即PID参数中的比例P，KI就是积分I，KD就是微分。
　　PID周期为1 s，脉冲周期为10 ms。一周期内共有100次脉冲，根据PID输出的时间来触发一个连续的脉冲。如导通50%，即触发50个脉冲，1 s内连续输出500 ms。输出的百分比在触摸屏上以导通率的形式显示。在升温时导通即为100%。
　　2.2 晶闸管功率功展板（SW03A）
　　PID输出脉冲24V由数字量输出模块输出至晶闸管功率扩展板SW03A。一组加热器控制两相通断即可，晶闸管采用反向双并联结构。当PLC脉冲输入至晶闸管的门极时，晶闸管导通。无脉冲输入时即处于断开状态。通过晶闸管的通断来控制加热器的通断，从而达到温度控制的目的。
　　3 风机循环、冷却系统
　　3.1 循环风机
　　退火炉风机一般在固定的转速下运行，在触摸屏上参数设定里有高低速档，由PLC开关量输出控制变频器输出频率，其中，低档速一般设25 Hz，高速设47 Hz。采用光电开关测速，测速开关每60 s计一次数（r/min），低于999直接输出BCD码，高于999，计数器复位重新计数再加999转为整数再输出。
　　开始退火时延时5 S启动循环风机，循环风机转速大于100 r/min才允许加热，启动4 min后，如果转速还低于150 r/min，报风速过低，停止加热。当温度高于200 ℃时才转为高速，190 ℃作为回差。炉退火结束，循环风机停运。
　　3.2 吹洗风机
　　由模拟量输出模块，输出信号（0～20 mA）至变频器，可以在触摸屏上输入运行频率进行无极调速控制。
　　4 结束语
　　自2004年以来，我厂一共安装了12台各种型号的退火炉，其温度控制系统基本一样。PID参数在退火炉安装完成后进行空炉和有料时多次试验整定，其效果较好，热电偶每年校验一次，重新标定校验值以减小误差。在这几年的运行过程中，温度控制一直较稳定。
　　参考文献：
　　［1］唐军.铝箔退火炉温度控制系统的设计与研究［D］.中南大学，2006.
　　（编辑：王昕敏）
　　
　　The Temperature Control System of 40T Aluminum Foil Annealing Furnace
　　Hu Shengguo, Su Bin
　　Abstract: The aluminum foil annealing furnace is process equipment of heat treatment for aluminum foil production. Aluminum foil annealing is the final process for aluminum foil production. The article describes the temperature control process and cooling system of foil annealing furnace.
　　Key words: aluminum foil annealing furnace; thermocouple; PID; SW03A; circulating fan
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