專利名稱：加工玻璃防爆爐溫度控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種控制加工玻璃防爆爐溫度的裝置。
背景技術(shù)：
目前用于加工玻璃的防爆爐結(jié)構(gòu)，通常為風(fēng)機(jī)吹電加熱管，用二次儀表來控制溫度，并用走紙式記錄儀記錄加工過程中的溫度變化。在要求測量點(diǎn)多、升降溫速率受控、記錄的保存和分析等方面都有許多的不便。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是一種用于防爆爐溫度的自動控制裝置，包括硬件和軟件。硬件有計(jì)算機(jī)、數(shù)字量輸出輸入模塊、模擬量輸出輸入模塊、溫度傳感器、過渡繼電器、風(fēng)流量保護(hù)器、過溫保護(hù)裝置、PID溫度調(diào)節(jié)裝置等，軟件安裝在WINDOWS操作系統(tǒng)。
硬件由計(jì)算機(jī)通過串行口與一通信模塊連接，通信模塊與數(shù)字量輸入模塊、數(shù)字量輸出模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊連接，該裝置由計(jì)算機(jī)通過串行口與一通信模塊連接，通信模塊與數(shù)字量輸入模塊、數(shù)字量輸出模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊連接，模擬量輸入模塊與各測溫點(diǎn)傳感器連接，模擬量輸出模塊與PID調(diào)節(jié)控制器連接，數(shù)字量輸入模塊接收風(fēng)機(jī)風(fēng)壓傳感器的風(fēng)流量狀態(tài)參數(shù)，數(shù)字量輸出模塊，輸出加執(zhí)器和風(fēng)機(jī)啟動或停止的指令；加熱器控制電路設(shè)計(jì)有風(fēng)流量控制回路和過溫保護(hù)電路，風(fēng)流量狀態(tài)參數(shù)和爐內(nèi)溫度參數(shù)分別由數(shù)字量輸入模塊和模擬量輸入模塊接收后反饋給計(jì)算機(jī)；
各測溫點(diǎn)傳感器是六個(gè)玻璃面溫度傳感器、多組加熱管溫度傳感器和控制回路溫度傳感器；軟件編制為防爆爐程序，該程序的工作步驟是1，檢測各模塊工作正常否；2，輸入班組編號、加溫時(shí)間、保溫時(shí)間和目標(biāo)溫度；3，發(fā)出開始指令；4，檢測風(fēng)機(jī)、風(fēng)流量是否正常，是否過溫？5，若風(fēng)機(jī)、風(fēng)流量不正常或過溫，則不接通加熱繼電器工作回路并報(bào)警；6，若步驟5都正常，則取爐內(nèi)溫度，計(jì)算并畫出理論曲線，根據(jù)曲線某段期望溫度段，確定加溫組數(shù)，開始加溫；7，期望溫度達(dá)到否？8，若達(dá)到期望溫度和工作時(shí)間(加溫時(shí)間+保溫時(shí)間)，命令風(fēng)機(jī)延時(shí)30分鐘；9，若未達(dá)到期望溫度和工作時(shí)間(加溫時(shí)間+保溫時(shí)間)，則繼續(xù)加溫。
所述溫度段和加工組數(shù)，是將加溫爐內(nèi)若干根加熱管，分成若干組，每組對應(yīng)一個(gè)溫度段，根據(jù)期望溫度，確定加溫電熱管的組數(shù)，并控制接觸器接通加熱管，若確定為加熱最后一組電熱管，則啟動可控硅調(diào)節(jié)器，加熱最后一組電熱管；所述理論曲線，是根據(jù)輸入的目標(biāo)溫度、升溫時(shí)間，畫出的溫度—時(shí)間曲線。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，在5.1米長×2.8米寬×4米高的爐體內(nèi)滿載玻璃的狀況下，既可以快速均勻的升溫，也可以根據(jù)工藝要求變化升溫、保溫及降溫的速率，溫度誤差控制在2℃以內(nèi)。


附圖1是本發(fā)明的方框圖。
附圖2是防爆爐各測溫點(diǎn)、風(fēng)機(jī)送風(fēng)及13組電加熱管布局示意圖。
附圖3是防爆爐控制程序流程圖。
附圖4是風(fēng)流量控制回路方框圖。
附圖5是過溫保護(hù)電路方框圖。
附圖6是驅(qū)動電路方框圖具體實(shí)施方式
請參閱附圖1所示，計(jì)算機(jī)通過R232串行口，與通信模塊ICP7520連接，所有模塊用RS-485網(wǎng)絡(luò)連接起來，通信模塊ICP7520用來作信號標(biāo)準(zhǔn)電位的轉(zhuǎn)換；數(shù)字量輸入/輸出模塊(ICP7065D)提供不同信號和類型的數(shù)字輸入/輸出；模擬量輸入模塊用ICP7018，外界的模擬信號通過模塊抽取，可測量溫度傳感器的數(shù)值，得到溫度數(shù)值；模擬量輸出模塊用ICP7024，輸出電壓或電流，通過驅(qū)動電路(見附圖6)推動設(shè)備啟動或關(guān)閉。
主控計(jì)算機(jī)發(fā)出的命令通過RS-232串行通信端口輸出去，此信號經(jīng)過RS-232/RS-485的轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行信號電位和類型轉(zhuǎn)換后，在RS-485網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳播，模塊收到自身模塊的命令后，進(jìn)行控制的分析并將結(jié)果再送至RS-485網(wǎng)絡(luò)，此信號再經(jīng)過ICP7520轉(zhuǎn)換后，可由計(jì)算機(jī)的RS-232串行端口接收。
通過鍵盤輸入目標(biāo)溫度、升溫時(shí)間、保溫時(shí)間，軟件系統(tǒng)即會將期望的升溫和保溫過程展示在計(jì)算機(jī)顯示屏上，當(dāng)按動啟動鍵后，整個(gè)工作過程中的工藝監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)以數(shù)字和圖示方式表示在屏幕上。
計(jì)算機(jī)通過模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊獲取二個(gè)空間溫度參數(shù)即多組加熱管溫度傳感器和控制回路溫度傳感器參數(shù)，以及六個(gè)玻璃表面溫度探測器的數(shù)字量數(shù)據(jù)，控制13組加熱管的加熱狀態(tài)。
為了確保爐內(nèi)加溫快速、平穩(wěn)，編制一種13段升溫和保溫控制法防爆爐內(nèi)的工作溫度一般為常溫至300℃，由于防爆爐的密封性、散熱原因在整個(gè)加熱的過程中，溫度的增加和所需要的熱量不是線性關(guān)系，由此根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)各溫度段使用不同的加熱功率，即將138根，每根為2千瓦的電加熱管共計(jì)分為13組，每組對應(yīng)一個(gè)溫度段，具體的分配為組號加熱功率 對應(yīng)溫度段 控制方法1 9×2KWT在30以 接觸器2 9×2KW30＜T＜＝60 接觸器3 9×2KW60＜T＜＝90 接觸器4 9×2KW90＜T＜＝120 接觸器5 9×2KW120＜T＜＝150接觸器6 9×2KW150＜T＜＝180接觸器7 9×2KW180＜T＜＝200接觸器8 12×2KW 200＜T＜＝220接觸器9 12×2KW 220＜T＜＝240接觸器10 12×2KW 240＜T＜＝260接觸器11 12×2KW 260＜T＜＝280接觸器12 12×2KW 280＜T＜＝300接觸器13 15×2KW 300＜T＜＝350可控硅調(diào)功器由于電加熱管結(jié)構(gòu)為電熱絲置于不銹鋼管內(nèi)，其間填充石英粉作絕緣。故在通電加熱和斷電冷卻時(shí)會有″熱滯后″效應(yīng)，即溫度不能馬上升高，必須加熱石英粉，通過石英粉再加熱外部的不銹鋼管，然后經(jīng)循環(huán)風(fēng)將熱量帶給加工玻璃。反之，斷電降溫時(shí)，加熱管的熱量還需時(shí)間散去。此″熱滯后″效應(yīng)給溫度的準(zhǔn)確控制帶來極大的不便。為此經(jīng)過計(jì)算和實(shí)際調(diào)整，使用了13組加熱法。根據(jù)輸入的″設(shè)定溫度″、″升溫時(shí)間″計(jì)算出理論上的曲線，程序根據(jù)曲線上某一時(shí)段的溫度值(期望溫度)來選取加熱組、決定加熱狀態(tài)。
為提高控制精度，采用了″趨勢判斷法″，即用單位時(shí)間內(nèi)的期望溫度增量與實(shí)際溫度的變化量相比較，判斷溫度變化的趨勢，控制電加熱管的實(shí)際工作數(shù)量，達(dá)到控制精度±1℃。
二個(gè)空間溫度傳感器，一個(gè)是探測日常的控制溫度，另一個(gè)是將探測的溫度參數(shù)接入控制回路，作為報(bào)警用，當(dāng)前者探測得的溫度超過警戒溫度時(shí)，發(fā)出報(bào)警聲并切斷電加熱管的控制回路。風(fēng)流量保護(hù)、過溫保護(hù)、連鎖裝置保證設(shè)備安全運(yùn)行，安全防護(hù)機(jī)構(gòu)確保操作人員安全生產(chǎn)。
計(jì)算機(jī)通過模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊ICP7018獲取六個(gè)玻璃面溫度傳感器的溫度參數(shù)，用于調(diào)節(jié)風(fēng)量分流室的各出風(fēng)口開啟度，以控制到達(dá)玻璃面的風(fēng)量。
由于防爆爐工藝對保溫段的溫度精度相對要求高一些，而用接觸器控制控方式只能使電加熱管處于全功率加熱狀態(tài)或不加熱狀態(tài)，控溫精度差，故采用PID控制法，即第13組電加熱管組用可控硅調(diào)功器控制加溫，當(dāng)爐體內(nèi)溫度到達(dá)高設(shè)定溫度進(jìn)入保溫階段時(shí)，用“趨勢判斷法”分析溫度的升降趨勢，產(chǎn)生相應(yīng)的控制數(shù)據(jù)，經(jīng)計(jì)算機(jī)RS-232串口輸送到模擬量輸出模塊ICP7024，在其輸出口產(chǎn)生0-10VDC電壓模擬信號，可控硅調(diào)功器根據(jù)此信號開啟可控硅相應(yīng)的導(dǎo)通角，控制電熱管的加熱電流，最終使第13組電加熱管達(dá)到精確控制溫度目的。
防爆爐用的電加熱管在正常加熱過程中必須有足夠的風(fēng)量來散去其表面的熱量，為此在控制加熱的電路中設(shè)計(jì)了一個(gè)風(fēng)量控制回路，當(dāng)爐內(nèi)的循環(huán)風(fēng)由于電機(jī)和其他原因引起風(fēng)量達(dá)不到使用要求時(shí)，切斷控制加熱管的接觸器的控制電源，停止對電加熱管的供電，達(dá)到保護(hù)加熱管的目的。而為了避免繼電器和通信模塊的故障引起的過溫，又在整個(gè)控制電路中設(shè)計(jì)了專用的過溫保護(hù)電路，當(dāng)爐內(nèi)溫度超過警戒溫度則斷開加熱管的供電回路，起到保護(hù)加工產(chǎn)品和設(shè)備的目的。
在計(jì)算機(jī)內(nèi)建立了數(shù)據(jù)庫文件，根據(jù)輸入的班次，自動生成包含日期和班次的數(shù)據(jù)庫文件，實(shí)時(shí)記錄各溫度檢測點(diǎn)的溫度狀況，方便資料的歸檔及以后在本機(jī)或其它計(jì)算機(jī)上分析和查尋。
權(quán)利要求
1.一種加工玻璃防爆爐溫度控制裝置，其特征在于該裝置由計(jì)算機(jī)通過串行口與一通信模塊連接，通信模塊與數(shù)字量輸入模塊、數(shù)字量輸出模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊連接，模擬量輸入模塊與各測溫點(diǎn)傳感器連接，模擬量輸出模塊與PID調(diào)節(jié)控制器連接，數(shù)字量輸入模塊接收風(fēng)機(jī)風(fēng)壓傳感器的風(fēng)流量狀態(tài)參數(shù)，數(shù)字量輸出模塊，輸出加執(zhí)器和風(fēng)機(jī)啟動或停止的指令。
2.權(quán)利要求1所述的加工玻璃防爆爐溫度控制裝置，其特征在于加熱器控制電路設(shè)計(jì)有風(fēng)流量控制回路和過溫保護(hù)電路，風(fēng)流量狀態(tài)參數(shù)和爐內(nèi)溫度參數(shù)分別由數(shù)字量輸入模塊和模擬量輸入模塊接收后返饋給計(jì)算機(jī)。
3.按權(quán)利要求1所述的加工玻璃防爆爐溫度控制裝置，其特征在于各測溫點(diǎn)傳感器是六個(gè)玻璃面溫度傳感器、多組加熱管溫度傳感器和接入控制回路溫度傳感器。
4.一種加工玻璃防爆爐溫度控制方法，其特征在于計(jì)算機(jī)控制溫度的步驟是1，檢測各模塊工作正常否；2，輸入班組編號、加溫時(shí)間、保溫時(shí)間和目標(biāo)溫度；3，發(fā)出開始指令；4，檢測風(fēng)機(jī)、風(fēng)流量是否正常，是否過溫？5，若風(fēng)機(jī)、風(fēng)流量不正?；蜻^溫，則報(bào)警；6，若步驟5都正常，則取爐內(nèi)溫度，計(jì)算并畫出理論曲線，根據(jù)曲線某段期望溫度段，確定加溫組數(shù)，開始加溫；7，期望溫度達(dá)到否？8，若達(dá)到期望溫度和工作時(shí)間，命令風(fēng)機(jī)延時(shí)30分鐘；9，若未達(dá)到期望溫度和工作時(shí)間，則繼續(xù)加溫。
5.按權(quán)利要求4所述的加工玻璃防爆爐溫度控制方法，其特征在于所述溫度段和加工組數(shù)，是將加溫爐內(nèi)若干根加熱管，分成若干組，每組對應(yīng)一個(gè)溫度段，根據(jù)期望溫度，確定加溫電熱管的組數(shù)，并控制接觸器接通加熱管，若確定為加熱最后一組電熱管，則啟動可控硅調(diào)節(jié)器，加熱最后一組電熱管。
6.按權(quán)利要求4所述的加工玻璃防爆爐溫度控制方法，其特征在于所述理論曲線，是根據(jù)輸入的目標(biāo)溫度、升溫時(shí)間，畫出的溫度—時(shí)間曲線。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于加工玻璃防爆爐溫度的自動控制裝置，包括硬件和軟件，硬件是計(jì)算機(jī)通過串行口與一通信模塊連接，通信模塊與數(shù)字量輸入模塊、數(shù)字量輸出模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊連接，模擬量輸入模塊與各測溫點(diǎn)溫度傳感器連接，模擬量輸出模塊與PID調(diào)節(jié)控制器連接，數(shù)字量輸入模塊接收風(fēng)機(jī)風(fēng)流量狀態(tài)參數(shù)，數(shù)字量輸出模塊，輸出加熱器和風(fēng)機(jī)啟動或停止的指令；只要在計(jì)算機(jī)上要輸入班組編號、加溫時(shí)間、保溫時(shí)間和目標(biāo)溫度，計(jì)算機(jī)便按照程序自動控制防爆爐快速均勻的升溫，也可以根據(jù)工藝要求變化升溫、保溫及降溫的速率，溫度誤差控制在2℃以內(nèi)。
文檔編號C03B5/00GK1636898SQ200410089068
公開日2005年7月13日 申請日期2004年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月3日
發(fā)明者楊永剛, 楊世弟, 孫大海, 楊國浩, 華明偉, 胡靖宇 申請人:上海耀華皮爾金頓玻璃股份有限公司