铝材退火炉控制系统的设计与应用

中国西部科技 2012中国西部科技 2012年01月第11卷第01期总第270期 41

铝材退火炉控制系统的设计与应用

孙 义1 蒋 昊2

（1.徐州爱芙斯热处理设备有限公司，江苏 徐州 221000；2.江苏新亿迪智能科技有限公司，江苏 苏州 215000） 摘 要：为了精确、稳定地实现铝材退火工艺曲线中的升温、保温、降温过程，笔者采用传统闭环控制系统模型，利用欧姆龙温控单元CJ1W-TC001进行ON/OFF控温。根据经验值设计算法克服温升惯性，使得温度不至于过冲。本文介绍的铝材退火炉的温控系统实用性强，在铝行业具有广泛的应用前景。 关键词：ON/OFF；温控系统；铝材退火炉；CJ1W-TC001 DOI：10.3969/j.issn.1671-6396.2012.01.018

1 总体设计1 总体设计 总体设计

国民经济的发展促使铝材生产空前增大，而退火是铝材生产必不可少的一个环节。为了更好地适应铝材退火的工艺，准确、稳定地实现控温从而达到所需铝产品的机械性能，我们设计并制造了铝材退火炉。设备由箱式炉体、炉内热风循环系统、导流装置、排气系统、加热元件、炉门、炉门升降机构及其压紧装置、炉门密封、冷却水系统等组成。

控制系统是根据生产过程的需要及针对以上设备进行设计的。主要是指退火炉中的炉门升降机构，各种风机，以及炉温的控制。其中温度控制是关键，我们采用经典的闭环控制系统模型实现可靠的温度控制。退火工艺曲线中设定的温度值与热电偶测量值不断进行比较，通过控制器输出信号控制触发器从而控制加热器的功率最终达到控制炉温。不采用了传统的经典闭环控制系统模型，利用欧姆龙温控单元CJ1W-TC001进行ON/OFF控温，但没有运用PID控制，因为PID参数设置繁琐，客户不容易修正，而ON/OFF控温加上我们设计的算法足以满足需要。

控制系统方框图如图1所示。

键环节，只有保证了采集的炉温的精确，才能保证温度控制的精度。本温控系统采用K型热电偶来采集退火炉一区、二区的炉气温度和铝材温度，热电偶将采集的模拟量信号送入CJ1W-TC001，然后参与控制和显示。硬件整体结构如图2所示。

图2 硬件整体结构

3 软件设计3 软件设计 软件设计

退火炉监控系统的软件设汁包括两个部分：PLC监控软件和触摸屏人机操作界面软件。主要有以下几个方面的内容： （1）显示功能：炉气的测量温度和退火铝材的测量温度、程序开始运行和结束时的时间、循环风机、吹洗风机和负压风机的运行状态、炉气温度的期望值和工艺曲线、退火铝材温度曲线、炉气温度曲线，控制参数、工艺参数，电动阀状态，报警指标。

（2）控制功能：炉气温度控制、自动转换控制目标(料温、炉温)，循环风机的启动、停止、正反转、点动换向、吹洗风机和负压风机的启、停和转速控制、炉门系统的动作。 （3）报警功能(声光)：炉气超温、退火铝材温度超温、循环风机冷却水欠压、循环风机停、晶闸管超温。

（4）其它：在线修改退火工艺参数、系统硬件、软件预留上位管理机通讯功能、电气联锁保护、热电偶校正功能、差温比例控制、定时定温控制。

由于篇幅所限，人机界面的设计我们不再赘述。重点说明一下各风机及温度控制的流程：循环风机在退火周期中始终根据温度段分别进行高低速运转，使得炉内气流均匀，减少炉内温差。吹洗风机和负压风机交替运行，一方面吹洗风机向炉内吹入新鲜空气，提高炉内压力，使炉膛内压力维持在300Pa左右，这不仅满足了排气及安全的要求，而且还有利于产品均热速度，保证炉温均匀度；另一方面负压风机吸

图1 控制系统方框图

2 硬件设计2 硬件设计 硬件设计

硬件系统构架设计以分散控制集中管理为原则，采用欧姆龙ETHERNET/IP网络，即方便厂级工业以太网的数据采集和监控，实现PLC间的数据相互访问。同时每个PLC配置触摸屏，实现安全可靠的现场操作。

各风机采用传统的ABB变频器数字量控制端子进行控制。加热器的控制：20t铝材退火炉分为两个加热区，每个区有12根卡口式加热器。根据铝材退火工艺的要求，我们将每区的加热器分为两组，用晶闸管模块单独控制。而晶闸管模块对加热器的控制又是通过欧姆龙温控单元CJ1W- TC001输出脉冲控制触发器来实现的。PLC出现故障时，可以用智能仪表实现控制。温度采集系统是温度控制系统的关

42 出炉气并将其强制摊入排气管道，使炉内形成低真空状态，从而使产品表面附着的油污迅速从产品表面分离、挥发，保证了铝材产品退火质量。循环风机及吹洗、负压风机的程序流程如图3所示。

开发应用 开发应用

这种ON/OFF操作是围绕设定点反复动作的。ON/OFF控温

的不足在于到达设定点时温度过冲，惯性过大，为了弥补ON/OFF控温方式的不足，我们采用分段延时的办法最终缓慢地接近设定点，这样有效地避免了温度过冲现象。程序流程如图3所示。

4 应用展示4 应用展示 应用展示

根据本系统制造的退火炉在江苏省徐州市江苏铝厂多年应用，客户感到非常满意。经改进，系统最近在河南巩义众诚铝业有限公司交付使用。

参考文献：

[1] 李建平,王伯长,艾江波,王晓冲.铝材退火炉炉温控制系统的设计与实

现[J].冶金自动化,2008,3.

[2] OMRON.CJ1W-TC温度控制单元操作手册[EB/OL].欧姆龙工业自

图3 程序流程图

动化网站,2003,3.

[3] 唐 军,毛大恒.铝箔退火炉温度控制系统的设计与研究[D].中南大学

硕士学位论文,2006,6.

利用欧姆龙温度控制模块进行控温。选用ON/OFF控温模式，设定一个设定点。反向操作时，达到设定值时温度控制器将控制输出转为OFF，控制输出关断时系统温度开始降落。当系统温度降到低于设定点时控制输出将重新转为ON，

[作者简介] 孙义（1984-），男，江苏徐州籍，学士，助理工程师，主要从事电气设计与维护工作。

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一个有机的整体。这样有利于活跃课堂气氛，提高学生对所学知识的理解和记忆，使学生在解决问题的过程中学习，可以锻炼学生临床思维能力和应变能力。 2.4 探究性教学法

如在实验课婴儿盆浴法这一内容的教学中，给学生提供小儿模型和操作用物，让学生自己去探究婴儿盆浴法的步骤和过程，获得亲身体验。在实验的过程中，少数学生会对书本上的内容产生质疑，并且产生对操作步骤的不同看法，形成了一种创新意识，从而为以后进行各种科研和创新打下牢固的基础。

2.5 合作学习法

如在课堂教学中给学生一个小儿肺炎的病例，请每组学生根据所给出的资料进行讨论、提出护理诊断、制定相应的护理措施。最后教师自己进行总结。这种教学法使学生在合作中学习，每个人都有充分展示自己的机会，能积极活跃主动地发散思维、评判思维，取他人之长补自己之短。 2.6 情境模拟教学法

如在讲授新生儿的护理这一内容时，从临床请来一位新生儿期的新生儿和护理新生儿的亲属协助教学，在征得新生儿亲属的同意后，请她将自己在孩子新生儿期护理上的情况向学生一一说明，学生根据这位孩子的家属列出的护理问题，制定出相应的护理措施。这种教学方法使学生对所学知识有了感性认识，能够理论联系实践、增强运用知识的能力。 2.7 启发式教学

如在讲小儿各年龄分期及各期特点时，先让学生讲相关年龄的故事，然后逐步启发、引导学生归纳出有关各年龄组

特点及其相关护理措施，这种教学方法使学生在轻松愉悦的气氛 …… 此处隐藏：2123字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……