經(jīng)過改造后的BTU爐的溫度控制系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，溫度測(cè)量和控制精度高，完全滿足中核建中核燃料元件有限公司車間的生產(chǎn)要求，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)工作準(zhǔn)確、故障率低。爐子的各項(xiàng)性能得到了極大的提高。

　　摘要： BTU爐在溫度控制系統(tǒng)中，使用數(shù)字式電腦控制，其所用的PID控制參數(shù)使用工程整定法，整定過程較為復(fù)雜，且控制精度不是很高。而現(xiàn)在隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，在許多場(chǎng)合都使用專用儀表的自適應(yīng)PID控制，它不需要精確的數(shù)學(xué)模型，就可以自動(dòng)計(jì)算PID參數(shù)值，極大的提升了控制精度。

　　Abstract： BTU furnace is controlled by digital computer in the temperature control system， of which the PID control parameter uses the engineering tuning method， the tuning process is complex and the control accuracy is not high. With the progress of science and technology， the adaptive PID control of the dedicated instruments is used in many occasions， and it can automatically calculate the PID parameter values without the accurate mathematical model， which greatly improves the control accuracy.

　　關(guān)鍵詞： 機(jī)械工程論文發(fā)表,BTU芯塊,燒結(jié)爐,控制系統(tǒng),技術(shù)改進(jìn)

　　Key words： BTU pellet;sintering furnace;control system;technical improvement

　　1 BTU推舟爐的工作原理

　　1.1 BTU推舟爐概述 BTU推舟爐是一種工藝性還原爐子。它能夠自動(dòng)且連續(xù)地進(jìn)行運(yùn)作。運(yùn)作過程中，首先，BTU推舟爐的加熱工作區(qū)，避免空氣的暢通，保持真空的環(huán)境，然后通過氫氣做還原劑，發(fā)生氧化化學(xué)反應(yīng)來分解被加工產(chǎn)品中的氧，之后氧化還原反應(yīng)后的氫原子和氧原子由于氧化還原作用而生成水，由于BTU推舟爐內(nèi)溫度較高，水因此以水蒸氣的形式存在。另外，BTU爐設(shè)計(jì)工作在0-45°C的露點(diǎn)范圍內(nèi)。

　　1.2 燒結(jié)爐構(gòu)成

　　1.2.1 主爐 BTU推舟爐的主爐部分總共有六個(gè)加熱區(qū)，BTU推舟爐自身含有氣密性焊接鋼殼，對(duì)該主爐部分的所有加熱區(qū)起到了良好的密封性，另外，氣密性焊接鋼殼具有非常有利的工藝環(huán)境，相對(duì)來說非常潔凈，并且充有進(jìn)行工藝化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)，即可燃性氫氣。BTU推舟爐的氣密性焊接鋼殼因其材質(zhì)的優(yōu)越，更具有避免爐內(nèi)高熱量傷害操作工人的情況發(fā)生。

　　本推舟式燒結(jié)爐包括下列主要組成部分：

　　①進(jìn)料門和隔離室;②工藝室;③水冷卻區(qū);④出料室。

　　1.2.2 傳送帶系統(tǒng) 傳送帶系統(tǒng)的構(gòu)成部分有軌道四條，全部按照矩形來進(jìn)行配置。傳送帶系統(tǒng)在BTU推舟爐中的作用主要是進(jìn)行傳送和引導(dǎo)循環(huán)運(yùn)作中的料舟。

　　傳送帶系統(tǒng)運(yùn)作時(shí)，主要是通過機(jī)械推桿和相應(yīng)的限位開關(guān)訊號(hào)相互作用，控制報(bào)警指示燈，從而傳送推料機(jī)的位置信號(hào)，而進(jìn)入可編程序控制器，從而控制推料機(jī)的運(yùn)作。

　　1.2.3 進(jìn)料室 在整個(gè)工藝加工運(yùn)作循環(huán)工作中，產(chǎn)品或者料舟首先進(jìn)入進(jìn)料室，然后再進(jìn)入爐內(nèi)工藝室。進(jìn)料室在這一過程中是密閉的，又因?yàn)槠渑c爐內(nèi)工藝室的角度正好呈直角，能夠?yàn)闋t內(nèi)工藝室熱量的預(yù)熱提供過渡空間，并且能大大避免熱量消耗。并且進(jìn)料室能夠起到爐內(nèi)工藝室與外界氣體相隔離的作用。

　　1.2.4 燒除管 BTU推舟爐一共有兩個(gè)燒除管。分別位于進(jìn)料室和預(yù)燒區(qū)和高溫區(qū)之間部位。燒除管的作用是，當(dāng)進(jìn)料門關(guān)閉時(shí)，排出爐內(nèi)氣體，比如氫氣。燒除管的出口處往往有長(zhǎng)明火，因此氫氣排除時(shí)，會(huì)被燃燒掉。如果點(diǎn)火成功卻未燃，則通過紫外探測(cè)器可測(cè)，點(diǎn)火器重新點(diǎn)火。若點(diǎn)火不成功，那么PLC將通過電磁閥的作用切斷氫氣，并用無害的氮?dú)鈱?duì)整個(gè)爐子進(jìn)行快速猛烈的噴吹，從而強(qiáng)迫氫氣燃燒并且從燒除管排出。如圖1所示。

　　1.3 BTU推舟爐燒結(jié)爐的控制裝置

　　①位于支架的BTU推舟爐燒結(jié)爐控制器;②位于控制柜上的BTU推舟爐主操作控制面板;③位于返回BTU推舟爐傳動(dòng)帶兩端的手動(dòng)驅(qū)動(dòng)臺(tái);④位于BTU推舟爐冷卻區(qū)背面的氣體控制板;⑤其他相關(guān)的氣閥和水閥。

　　1.3.1 BTU推舟爐燒結(jié)爐控制器

　　①溫度控制部分：由于燒結(jié)爐由兩個(gè)預(yù)熱區(qū)和四個(gè)高溫區(qū)構(gòu)成，所以每個(gè)溫區(qū)由獨(dú)立的加熱元件進(jìn)行加熱，幕式鉬電加熱器對(duì)六個(gè)分別控制的加熱區(qū)進(jìn)行加熱，3、4、5及6區(qū)的加熱器可將產(chǎn)品溫度升至1800°C，在生產(chǎn)過程中實(shí)際溫度為1750°C。兩個(gè)預(yù)熱區(qū)的最高溫度為1200°C，在生產(chǎn)過程中實(shí)際溫度分別為550°C和750°C。1區(qū)與2區(qū)之間的遮蔽墻有利于預(yù)熱2區(qū)的溫度保持穩(wěn)定，在高溫加熱區(qū)的3區(qū)與4區(qū)之間及5區(qū)與6區(qū)之間也有遮蔽墻，這些遮蔽墻的存在有利于溫度的精確控制。高溫加熱區(qū)的最高溫度一般為1780°C。被燒結(jié)的產(chǎn)品自高溫區(qū)推至冷卻區(qū)及出料區(qū)，冷卻區(qū)的水套將產(chǎn)品熱量載走，致使它們的溫度冷卻至接近室溫，防止產(chǎn)品出爐時(shí)發(fā)生熱震。

　　1.3.2 主操作控制面板 在控制柜的前門位置安裝有主操作控制面板。主操作控制面板的功能是用來啟動(dòng)和運(yùn)行燒結(jié)爐。在主操作控制面板上有一些指示燈和開關(guān)，這些指示燈和開關(guān)與儀表的電源、相關(guān)加熱器以及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有關(guān)。另外，主操作控制面板上還有一個(gè)緊急停止按鈕，它的作用是，當(dāng)發(fā)生舟料卡住或者其他緊急事故時(shí)，用來切斷一切推料機(jī)的電源，停止工作。 　　1.3.3 手動(dòng)驅(qū)動(dòng)臺(tái) 燒結(jié)爐共有兩個(gè)獨(dú)立的手動(dòng)驅(qū)動(dòng)臺(tái)，進(jìn)料手動(dòng)驅(qū)動(dòng)臺(tái)安裝在返回傳送帶上的進(jìn)料端，出料手動(dòng)驅(qū)動(dòng)臺(tái)安裝在返回傳送帶上的出料端。手動(dòng)驅(qū)動(dòng)臺(tái)可在爐子進(jìn)行進(jìn)舟、檢修或維護(hù)時(shí)手動(dòng)控制驅(qū)動(dòng)功能，為了切斷推料機(jī)的電源，因此通常在每一個(gè)手動(dòng)驅(qū)動(dòng)臺(tái)上都有一個(gè)緊急停止按鈕。在爐子進(jìn)行進(jìn)舟、檢修或維護(hù)時(shí)，主推機(jī)、進(jìn)料推料機(jī)和返回推料機(jī)的運(yùn)行工作可以通過進(jìn)料手動(dòng)動(dòng)臺(tái)來進(jìn)行控制，另外，主推機(jī)、出料推料機(jī)和返回推料機(jī)的運(yùn)行則可以通過出料手動(dòng)驅(qū)動(dòng)臺(tái)加以控制。

　　2 現(xiàn)在設(shè)備中存在的問題

　　在上文中，介紹了BTU推舟式燒結(jié)爐的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，在實(shí)際運(yùn)行的過程中還存在一些不盡如人意的方面，在下面做一詳細(xì)介紹：①BTU爐的操作系統(tǒng)為基于Microsoft windows 平臺(tái)的Wincon軟件，通過說明書可知其主要是側(cè)重于焊接工藝方面，在生產(chǎn)產(chǎn)品時(shí)，所要設(shè)定的溫升曲線是靠幾個(gè)工藝菜單的連接來實(shí)現(xiàn)的，不如可編程溫度控制器設(shè)定方便和直觀。②在BTU燒結(jié)爐的控制系統(tǒng)中，溫度控制采用的是計(jì)算機(jī)和燒結(jié)爐控制單元(FCU)，以及超溫報(bào)警板(OTB)。③在FCU電路板和OTB電路板上面有BTU公司的專用集成芯塊，其內(nèi)部寫有控制程序，所以當(dāng)燒結(jié)爐控制單元和超溫報(bào)警板出現(xiàn)故障時(shí)，只能向美國BTU公司購買新的燒結(jié)爐控制單元和超溫報(bào)警板，這將花費(fèi)數(shù)萬美元，既增加了該車間的生產(chǎn)成本，也不方便，且不擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

　　3 技術(shù)改進(jìn)的設(shè)計(jì)方案

　　由上文可知在BTU的控制系統(tǒng)中存在四個(gè)方面的問題，在技術(shù)改造的過程中，既要克服這些存在的問題，也要保留原來設(shè)備所實(shí)現(xiàn)的各種功能，因此還要保留計(jì)算機(jī)控制、主推機(jī)速度控制和各種報(bào)警功能。

　　3.1 系統(tǒng)改造概述 為了提高爐子溫度的控制精度，采用英國歐陸可編程溫度控制器2416進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，該溫度控制器顯示精度為0.2%，具有PID自適應(yīng)調(diào)節(jié)功能，可與計(jì)算機(jī)進(jìn)行串行通信，輸出0-5V，可與原可控硅調(diào)壓器進(jìn)行很好的匹配。為了代替原來的燒結(jié)爐控制單元(FCU)、超溫報(bào)警板(OTB)和計(jì)算機(jī)，采用臺(tái)灣研華一體化工作站(計(jì)算機(jī))，并配備相關(guān)的I/O板和朝陽電源、英國RS公司聲光報(bào)警器等，完成推舟爐BTU的溫度調(diào)節(jié)控制、主推速度控制、工藝定時(shí)控制、超溫聯(lián)鎖控制和聲光報(bào)警提示。利用北京亞控公司組態(tài)王(KingView6.5)開發(fā)一套集相關(guān)控制參數(shù)測(cè)量、數(shù)據(jù)處理、自動(dòng)控制、報(bào)表打印、聯(lián)鎖保護(hù)為一體的控制系統(tǒng)。

　　3.2 系統(tǒng)組成

　　3.2.1 硬件組成 系統(tǒng)由歐陸調(diào)節(jié)器(2416P4)、溫度變送器(DZ-XXC4)、多功能連接端子板(PCLD-8710-A)、16通道D/I光隔離輸入端子板(PCLD-782-B)、16通道D/O繼電器輸出端子板(PCLD-785-A)、多功能數(shù)據(jù)采集卡(PCI-1710-A)、RS232 /RS485轉(zhuǎn)接器(ADAM-4520-D2)、計(jì)算機(jī)(AWS-8420TP/PCA)、打印機(jī)、朝陽電源(4NIC-X77)、時(shí)間繼電器(DH48S)、PLC控制器(S7-300)、通訊模板(CP5611)、RS報(bào)警器等組成。

　　3.2.2 軟件組成 系統(tǒng)軟件由上位機(jī)的北京亞控公司組態(tài)王(KingView6.5)和軟PLC(KingACT1.5)組成;下位機(jī)由西門子PLC控制軟件通過MPI電纜將有關(guān)信息發(fā)送到上位機(jī);溫控器通過RS485總線將有關(guān)信息發(fā)送到上位機(jī)。

　　4 結(jié)論

　　采用了歐陸2416可編程溫度控制器后，可方便地設(shè)定BTU爐各區(qū)各段的升溫曲線，而最為主要的是作為單塊儀表維修、更換方便、價(jià)格便宜，再不需要購買 BTU公司昂貴的專用集成塊，擁有了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的控制系統(tǒng)。使用歐陸2416儀表，由于它具有最為先進(jìn)的神經(jīng)自適應(yīng)PID控制功能，它可通過自動(dòng)學(xué)習(xí)以適應(yīng)調(diào)節(jié)對(duì)象的變化，自動(dòng)地調(diào)整PID參數(shù)達(dá)到最佳的控制效果。改造后的控制系統(tǒng)完全能夠達(dá)到原來控制系統(tǒng)的效果，而且優(yōu)于原來的控制效果，提高了溫度控制的精度，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量，為該廠的生產(chǎn)降低了成本。

　　5 結(jié)束語

　　現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)和智能控制儀表，都是20世紀(jì)90年代以后發(fā)展起來的新技術(shù)，利用組態(tài)軟件用戶能采用填充各種組態(tài)表的方式組態(tài)工廠的生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)。在溫控系統(tǒng)中使用自適應(yīng)PID控制技術(shù)，可極大地提高溫度控制精度。它們?cè)谏�產(chǎn)實(shí)際中將得到越來越多的應(yīng)用。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]孔峰.微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)[M].重慶大學(xué)出版社，2003.

　　[2]邵裕森.過程控制工程[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

　　[3]王俊杰.檢測(cè)技術(shù)與儀表[M].武漢理工大學(xué)出版社，2003.