專利名稱：加熱爐給風控制設備的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種加熱爐控制設備，更具體地講，涉及一種成本低廉、操作簡單、穩(wěn)定性高的加熱爐給風控制設備。
背景技術：
傳統(tǒng)的加熱爐風機變頻器一般通過模擬電位計進行調速，從而調節(jié)風壓。然而，由于加熱爐在加熱鋼坯過程中對風壓及風量有著嚴格的要求，因此風壓的穩(wěn)定不僅影響加熱鋼坯的質量，更對加熱爐的安全運行產(chǎn)生直接影響，嚴重者會產(chǎn)生爆炸的現(xiàn)象。因為不同鋼種所需的空燃比不相同，而供給加熱爐的煤氣質量又很難保持穩(wěn)定，所以需要根據(jù)鋼種和煤氣質量頻繁地調節(jié)風量。一般情況下，鋼廠每個班次都要調節(jié)5 8次風量。另一方面， 模擬電位計由于本身結構及產(chǎn)品質量等原因，不能經(jīng)常地旋轉調速，容易損壞，對加熱爐的穩(wěn)定運行及安全產(chǎn)生了重大隱患。為了克服現(xiàn)有技術的上述缺陷和不足，需要提供一種可靠性高的加熱爐給風控制設備。

實用新型內容本實用新型的目的在于提供一種成本低廉、操作簡單、穩(wěn)定性高的加熱爐給風控制設備。本實用新型的另一目的在于提供一種能夠實現(xiàn)遠程/近程控制的加熱爐給風控制設備。根據(jù)本實用新型的一方面，提供了一種加熱爐給風控制設備，包括編碼器，安裝在操作室的配電箱內，由加熱工根據(jù)加熱爐的溫度反饋進行順時針或者逆時針旋轉；可編程控制器(PLC)，安裝在配電室內，對編碼器的旋轉進行計數(shù)，以預定中斷周期計算計數(shù)值變化量，并基于計數(shù)值變化量的累加值進行控制操作；PLC擴展模塊，具有兩個模擬量輸出通道，在PLC的控制下，通過一個模擬量輸出通道輸出與計數(shù)值變化量的累加值相應的電流信號，并通過另一個模擬量輸出通道輸出與計數(shù)值變化量的累加值相應的電壓信號；電流分配器，將電流信號分配為兩路；第一變頻器，從電流分配器接收一路電流信號，將所述電流信號轉換為頻率控制信號，并將所述頻率控制信號輸出到加熱爐風機，以調整加熱爐風機的轉速。此外，所述的加熱爐給風控制設備還包括第二變頻器，從電流分配器接收另一路電流信號，將所述電流信號轉換為頻率控制信號，并將所述頻率控制信號輸出到加熱爐風機，以調整加熱爐風機的轉速，其中，PLC上設置有變頻器切換開關，用于在第一變頻器和第二變頻器之間進行切換，以使第一變頻器和第二變頻器中的一個處于工作狀態(tài)。此外，PLC上設置有遠近控制切換開關，用于選擇操作室遠程控制或配電室近程控制所述加熱爐給風控制設備。此外，PLC擴展模塊輸出的電壓信號被提供給電壓表，用于加熱工調試及檢修所述加熱爐給風控制設備。此外，PLC中設置有用于對編碼器的旋轉進行計數(shù)的高速計數(shù)器和用于存儲計數(shù)值變化量的累加值的變量存儲器。根據(jù)本實用新型的加熱爐給風控制設備，至少可以實現(xiàn)以下優(yōu)點(1)穩(wěn)定性高， 編碼器本身的制造工藝決定其作為旋轉器件代替模擬電位計更加穩(wěn)定可靠，幾乎不會損壞；(2)操作簡單，只需人工旋轉編碼器；(3)成本低，只需要少量電子器件；(4)效率高，效果明顯，能夠提高加熱效率50%，提高整線作業(yè)效率15%，從而大幅度降低操作工的勞動強度，消除近距離高溫操作加熱爐帶來得各種危害。

通過
以下結合附圖對實施例進行的描述，本實用新型的這些和/或其他方面和優(yōu)點將會變得清楚和更易于理解，其中圖1是示出根據(jù)本實用新型實施例的加熱爐給風控制設備的示意性框圖；圖2是示出根據(jù)本實用新型實施例的加熱爐給風控制設備詳細電路圖；圖3是示出根據(jù)本實用新型實施例的加熱爐給風控制設備的可編程控制器的定時中斷子程序的示意圖；圖4是示出根據(jù)本實用新型實施例的加熱爐給風控制方法的流程圖；圖5是示出根據(jù)本實用新型實施例的圖4所示的加熱爐給風控制方法中進行控制操作以輸出電流控制信號的詳細流程圖。
具體實施方式
現(xiàn)在對本實用新型實施例進行詳細的描述，其示例表示在附圖中，其中，相同的標號始終表示相同的部件。下面通過參照附圖對實施例進行描述以解釋本實用新型。圖1是示出根據(jù)本實用新型實施例的加熱爐給風控制設備的示意性框圖。參照圖1，根據(jù)本實用新型實施例的加熱爐給風控制設備包括編碼器10、可編程控制器(PLC) 20、PLC擴展模塊30、電流分配器40和第一變頻器50。此外，根據(jù)本實用新型實施例的加熱爐給風控制設備還可以包括作為備用變頻器的第二變頻器60。編碼器10可安裝在操作室的配電箱內，固定在加熱工易于旋轉的部位。加熱工可以根據(jù)加熱爐的溫度反饋，順時針或者逆時針旋轉編碼器10。編碼器10通過屏蔽控制電纜線連接到位于配電室內的PLC 20。PLC 20可安裝在配電室內，例如，安裝在位于配電室內的第一變頻器50的背面下部。PLC 20可選用S7-200CPU2M。編碼器10的A、B脈沖接入PLC 20的高速計數(shù)端子 10. 1、10.0，通過PLC 20內部的高速計數(shù)器HSCO進行計數(shù)。PLC 20中包括變量存儲器，用于存儲計數(shù)值變化量的累加值。此外，PLC 20上設置有變頻器切換開關，用于在第一變頻器50和第二變頻器60之間進行切換，以使第一變頻器50和第二變頻器60中的一個處于工作狀態(tài)，從而輸出頻率控制信號，以調整風機的轉速。另一方面，PLC 20上還設置有遠近控制切換開關，用于選擇操作室遠程控制和配電室近程控制中的一種，從而實現(xiàn)加熱爐給風控制設備的遠程/近程控制。PLC 20外接一個PLC擴展模塊30 (EM232)。PLC擴展模塊30具有模擬量輸出通道1和模擬量輸出通道2。模擬量輸出通道1可將PLC 20根據(jù)計數(shù)值變化量的累加值確定的控制信號(電流信號)輸出到電流分配器40 ；模擬量輸出通道2可將PLC 20根據(jù)計數(shù)值變化量的累加值確定的控制信號(電壓信號)輸出到一個電壓表上，供調試及檢修時觀察使用。電流分配器40將來自模擬量輸出通道1的控制信號分配為兩路信號，一路輸出到第一變頻器50的給定端子，另一路輸出到第二變頻器60的給定端子。第一變頻器50和第二變頻器60可將與所述電流信號相應的頻率控制信號輸出到加熱爐風機，從而調整加熱爐風機的轉速。本領域技術人員可以根據(jù)實際需要選擇現(xiàn)有技術的任意型號的變頻器，因此本實用新型將省略對變頻器的詳細描述。圖2是示出根據(jù)本實用新型實施例的加熱爐給風控制設備詳細電路圖，其中，省略了第一變頻器50和第二變頻器60 ；圖3是示出根據(jù)本實用新型實施例的加熱爐給風控制設備的PLC 20的定時中斷子程序的示意圖。下面參照圖2和圖3對根據(jù)本實用新型實施例的加熱爐給風控制設備的操作進行詳細描述。參照圖2和圖3，PLC 20的各端子連接的電子器件含義如下SA1為遠近控制切換開關、SA2為變頻器切換開關；1QA、1TA、1FA分別為近程控制啟動、暫停、復位按鈕；ΚΙ、K2、 K3分別為遠程控制啟動、暫停、復位開關；K4為第一變頻器故障開關；K5為第二變頻器故障開關；K6、K7、K11為第一變頻器控制端子開關(第一變頻器啟動、暫停、復位開關)；Κ8、Κ9、 Κ12為第二變頻器控制端子開關(第二變頻器啟動、暫停、復位開關)；HDl為第一變頻器運行指示燈；HD2為第一變頻器故障指示燈；HD3為第二變頻器運行指示燈；HD4為第二變頻器故障指示燈。此外，圖2中示出了供給PLC20的直流穩(wěn)壓電源VC，其中，L端子接交流電源的相線，N端子接交流電源的零線，PM端子為直流電源的輸出正極，M端子為直流電源的輸出負極。PLC擴展模塊的Μ0、Ι0端子構成模擬量輸出通道1，Μ1、Ι1端子構成模擬量輸出通道2。電流分配器40的Α1、Β1端子連接到第一變頻器50，Α2、Β2端子連接到第二變頻器 60，用于輸出頻率控制信號。PLC 20通過高速計數(shù)器HSCO對編碼器10的旋轉脈沖進行計數(shù)，其中，編碼器10 的A脈沖接入PLC 20的10. 1端子，B脈沖接入PLC 20的10. 0端子，從而使加熱工旋轉編碼器時能夠順時針增加計數(shù)值，逆時針減小計數(shù)值。PLC 20以預定的中斷周期掃描中斷子程序INTO，以便采集高速計數(shù)器HSCO的計數(shù)值，從而計算計數(shù)值變化量。變量存儲器在PLC 20的控制下，以預定方式更新其中存儲的計數(shù)值變化量的累加值，最終PLC 20將所述累加值轉換為模擬量輸出通道1輸出的控制信號(電流信號)。作為示例，中斷周期可以為100ms。具體地講，當加熱工需要增加加熱爐風機的風壓時，可以順時針旋轉編碼器。這時，如果掃描中斷子程序INTO并確定編碼器計數(shù)值變化量大于或等于第一閾值(作為示例，第一閾值可以為20)，則變量存儲器增加預定量(作為示例，預定量可以為20)。當加熱工需要減小風壓時，可以逆時針旋轉編碼器。這時，如果掃描中斷子程序INTO并確定編碼器計數(shù)值變化量大于或等于所述第一閾值，則變量存儲器減少所述預定量。通過這種方式， PLC 20基于變量存儲器的計數(shù)值變化量的累加值進行控制操作，以通過PLC擴展模塊的模擬量輸出通道1輸出與計數(shù)值變化量的累加值對應的控制信號(電流信號)。電流信號通過電流分配器40提供給第一變頻器50或第二變頻器60，第一變頻器50或第二變頻器60輸出與電流信號對應的頻率控制信號，以調整加熱爐風機的轉速。計數(shù)值變化量的最大累加值(作為示例，最大累加值可以為30000)對應于風機的最高頻率，在一個實施例中，風機的最高頻率可等于50Hz。當變量存儲器的累加值大于或等于30000時，PLC 20將模擬量輸出通道1的輸出值(即，電流信號)鎖定在20mA(對應于風機的最高頻率50Hz)不再增加。 這時，變量存儲器的累加值保持為最大累加值。也就是說，第一變頻器50或第二變頻器60 輸出的頻率控制信號將保持風機的最高頻率不變。因此，在中斷周期為100ms、第一閾值為20、預定量可以為20、最大累加值為 30000、風機的最高頻率為50Hz的情況下，定時中斷子程序INTO可保證風機頻率按給定的斜率變化，如以下公式所示(30000/20) X 100ms = 150s50Hz/150s ^ 0. 3Hz/s。由此可知，即使加熱工旋轉編碼器比較快，風機頻率還是按照大約0. 3Hz/s的變化率遞增或遞減。因此，可以使風機頻率按照一定的斜坡增加或減小，從而風機能夠緩慢平滑地啟動。另一方面，如果計數(shù)值變化量小于第一閾值并且大于第二閾值(作為示例，第二閾值可以為2)，則變量存儲器的累加值將保持不變，從而模擬量輸出通道1的輸出的電流信號也保持不變。也就是說，第一變頻器50或第二變頻器60輸出的頻率控制信號將保持風機的當前頻率不變。另一方面，如果計數(shù)值變化量小于或等于第二閾值，則可以認為編碼器10已處于不操作的狀態(tài)。這時，PLC 20將高速計數(shù)器HSCO清零，而變量存儲器中的計數(shù)值變化量的累加值保持不變。這樣，即使編碼器10被拆除，PLC20還是根據(jù)最后的累加值進行控制操作，從而模擬量輸出通道1輸出與最后的累加值對應的電流信號。此時，第一變頻器50或第二變頻器60輸出的頻率控制信號將保持風機的當前頻率不變。因此，能夠有效避免了編碼器的干擾導致的誤計數(shù)，提高編碼器的防干擾能力。以下詳細描述中斷子程序INTO。在步驟S11，將上次中斷周期存入MD20中的計數(shù)值傳送到MDM中。在步驟S12， 將當前中斷周期的高速計數(shù)器HSCO的計數(shù)值HCO傳送到MD20中。在步驟S21，將兩次中斷周期的計數(shù)器值相減，從而PLC 20的主程序可對差值進行處理。在步驟S31，如果給定值大于當前實際輸出值，則實際輸出值繼續(xù)增加計數(shù)。這里，給定值是指給變頻器提供的設定頻率值；實際輸出值是指實際供給變頻器的頻率值。給定值相當于期望值，實際輸出值相當于結果值。在步驟S41，如果給定值小于當前實際輸出值，則實際輸出值減少計數(shù)。在圖3中，MD20與MDM分別指示定時中斷子程序中相鄰前后兩個掃描周期的高速計數(shù)器值，正是通過其差值MD^來判斷高速計數(shù)值的變化量。在主程序中可對差值進行以下處理當IM擬8 I >=20時，變量存儲器VW12進行累加計數(shù)，計數(shù)值傳送到模擬量輸出通道1以提供頻率控制信號；當2 < |MD28 < 20時，變量存儲器VW12值不變，模擬量輸出通道1的輸出不變，從而頻率控制信號保持不變；當Imd^I <= 2時，認為高速計數(shù)器處于靜止狀態(tài)，對高速計數(shù)器進行清零，模擬量輸出通道1輸出不變，從而頻率控制信號保持不變。[0040]根據(jù)本實用新型實施例，變量存儲器設置有斷電保持功能。當PLC 20由于檢修等原因需要停電，重新上電以后，變量存儲器中的值(計數(shù)器變化量的累加值)保持為停電前的值不變，因此對應的模擬量輸出通道1的輸出不變，從而頻率控制信號保持不變。另一方面，模擬量輸出通道2將控制信號(電壓信號)輸出到加熱爐操作室的電壓表，從而直接反應旋轉編碼器對應風機頻率的當前設定值，即，沒經(jīng)過斜率函數(shù)處理的當前值，供調試和檢修時參照使用。根據(jù)本實用新型實施例，加熱爐給風控制設備具有遠程/近程控制功能。具體地講，可通過連接到PLC 20的遠近控制切換開關進行遠近控切換。所述遠近控制切換開關可設置在配電室內。當遠近控制切換開關位于遠控位置時，加熱爐操作室內的編碼器10、遠程控制啟動開關Kl有效，當遠近控制切換開關位于近控位置時，配電室內設置的傳統(tǒng)模擬電位計、近程控制啟動IQA有效。無論遠近控制切換開關位于何處，操作室和配電室內的遠程控制暫停開關K2和近程控制暫停開關ITA以及遠程控制復位開關K3和近程控制IFA復位開關都有效。此外，在加熱爐給風控制設備運行時可在遠程控制和近程控制之間進行實時切換，而不影響第一變頻器(第二變頻器)的運行。圖4是示出根據(jù)本實用新型實施例的加熱爐給風控制方法的流程圖。參照圖4，在步驟S401，加熱工根據(jù)加熱爐的溫度反饋，順時針或者逆時針旋轉編碼器10。在步驟S402，PLC 20對編碼器20的旋轉進行計數(shù)，以預定中斷周期計算計數(shù)值變化量的累加值，并基于計數(shù)值變化量的累加值進行相應的控制操作，在步驟S403，PLC 20 控制PLC擴展模塊30輸出電流控制信號。在步驟S404，第一變頻器50或第二變頻器60通過電流分配器40接收所述電流控制信號，將所述電流控制信號轉換為相應的頻率控制信號，并將頻率控制信號輸出到加熱爐風機，從而加熱爐風機根據(jù)所述頻率控制信號調整其轉速。圖5是示出根據(jù)本實用新型實施例的圖4所示的加熱爐給風控制方法中進行控制操作以輸出電流控制信號的詳細流程圖。參照圖5，在步驟S501，PLC 20的高速計數(shù)器HSCO對編碼器20的旋轉進行計數(shù)。 在步驟S502，PLC 20每隔IOOms掃描一次中斷子程序INTO。在步驟S503，中斷子程序INTO 計算當前中斷時HSCO的計數(shù)值和上次中斷時HSCO的計數(shù)值之間的差值，即，計數(shù)值變化量。在步驟S504，中斷子程序INTO確定計數(shù)值變化量是否大于或等于第一閾值。作為示例，第一閾值可以為20。如果計數(shù)值變化量大于或等于第一閾值，則在步驟S505，變量存儲器增加預定值或減少預定值。具體地講，如果編碼器順時針旋轉，則在步驟S505，變量存儲器增加預定值，如果編碼器逆時針旋轉，則在步驟S505，變量存儲器減少預定值。作為示例， 所述預定值可以為20。在步驟S506，確定變量存儲器的當前值是否大于或等于預定閾值， 作為示例，預定閾值可以為30000。如果變量存儲器的當前值大于或等于預定閾值，則在步驟S507將變量存儲器的當前值保持為所述預定閾值。如果變量存儲器的當前值小于預定閾值，則直接進行步驟S510。另一方面，如果計數(shù)值變化量小于第一閾值，則在步驟S508，中斷子程序INTO確定計數(shù)值變化量是否大于第二閾值。作為示例，第二閾值可以為2。如果計數(shù)值變化量大于第二閾值，則在步驟S509，變量存儲器保持不變。在步驟S510，PLC 20控制PLC擴展模塊 30輸出與變量存儲器的當前值相應的電流控制信號。其后，可以執(zhí)行圖4所示的步驟S404，
7并且在步驟S404之后可以繼續(xù)以預定的中斷周期掃描中斷子程序INTO，從而重復圖5中所示的流程。另一方面，如果所述差值不大于第二閾值，則在步驟S511，PLC 20將HSCO的計數(shù)值清零，并且變量存儲器保持不變。在步驟S512，PLC 20控制PLC擴展模塊30輸出與變量存儲器的當前值相應的電流控制信號。其后，可以執(zhí)行圖4所示的步驟S404。由于此時編碼器10已處于不操作的狀態(tài)，因此在步驟S404之后不再掃描中斷子程序INTO。根據(jù)本實用新型實施例的加熱爐給風控制設備，可以實現(xiàn)以下優(yōu)點(1)穩(wěn)定性高，編碼器本身的制造工藝決定其作為旋轉器件代替模擬電位計更加穩(wěn)定可靠，幾乎不會損壞；(2)操作簡單，只需人工旋轉編碼器；(3)成本低，只需要少量電子器件；(4)效率高， 效果明顯，能夠提高加熱效率50%，提高整線作業(yè)效率15%，從而大幅度降低操作工的勞動強度，消除近距離高溫操作加熱爐帶來得各種危害。此外，根據(jù)本實用新型實施例的加熱爐給風控制設備同時提供遠程/近程控制功能。雖然已經(jīng)顯示和描述了一些實施例，但是本領域技術人員應該理解，在不脫離本實用新型的原理和精神的情況下，可以對這些實施例進行修改，本實用新型的范圍由權利要求及其等同物限定。
權利要求1.一種加熱爐給風控制設備，其特征在于，所述加熱爐給風控制設備包括編碼器，安裝在操作室的配電箱內，由加熱工根據(jù)加熱爐的溫度反饋進行順時針或者逆時針旋轉；可編程控制器PLC，安裝在配電室內，對編碼器的旋轉進行計數(shù)，以預定中斷周期計算計數(shù)值變化量，并基于計數(shù)值變化量的累加值進行控制操作；PLC擴展模塊，具有兩個模擬量輸出通道，在PLC的控制下，通過一個模擬量輸出通道輸出與計數(shù)值變化量的累加值相應的電流信號，并通過另一個模擬量輸出通道輸出與計數(shù)值變化量的累加值相應的電壓信號；電流分配器，將電流信號分配為兩路；第一變頻器，從電流分配器接收一路電流信號，將所述電流信號轉換為頻率控制信號， 并將所述頻率控制信號輸出到加熱爐風機，以調整加熱爐風機的轉速。
2.根據(jù)權利要求1所述的加熱爐給風控制設備，其特征在于，所述加熱爐給風控制設備還包括第二變頻器，從電流分配器接收另一路電流信號，將所述電流信號轉換為頻率控制信號，并將所述頻率控制信號輸出到加熱爐風機，以調整加熱爐風機的轉速，其中，PLC上設置有變頻器切換開關，用于在第一變頻器和第二變頻器之間進行切換， 以使第一變頻器和第二變頻器中的一個處于工作狀態(tài)。
3.根據(jù)權利要求2所述的加熱爐給風控制設備，其特征在于，PLC上設置有遠近控制切換開關，用于選擇操作室遠程控制或配電室近程控制所述加熱爐給風控制設備。
4.根據(jù)權利要求1所述的加熱爐給風控制設備，其特征在于，PLC擴展模塊輸出的電壓信號被提供給電壓表，用于加熱工調試及檢修所述加熱爐給風控制設備。
5.根據(jù)權利要求1所述的加熱爐給風控制設備，其特征在于，PLC中設置有用于對編碼器的旋轉進行計數(shù)的高速計數(shù)器和用于存儲計數(shù)值變化量的累加值的變量存儲器。
專利摘要本實用新型公開一種加熱爐給風控制設備，包括編碼器，安裝在操作室的配電箱內，順時針或者逆時針旋轉；PLC，安裝在配電室內，對編碼器的旋轉進行計數(shù)，以預定周期計算計數(shù)值變化量，并基于計數(shù)值變化量的累加值進行控制操作；PLC擴展模塊，具有兩個模擬量輸出通道，在PLC的控制下，通過一個模擬量輸出通道輸出與計數(shù)值變化量的累加值相應的電流信號，并通過另一個模擬量輸出通道輸出相應的電壓信號；電流分配器，將電流信號分配為兩路；第一變頻器，接收一路電流信號，將電流信號轉換為頻率控制信號，并將頻率控制信號輸出到加熱爐風機，以調整加熱爐風機的轉速。根據(jù)本實用新型的加熱爐給風控制設備穩(wěn)定性高、操作簡單成本低廉、效率提高。
文檔編號F27D19/00GK201964784SQ20102067398
公開日2011年9月7日 申請日期2010年12月22日 優(yōu)先權日2010年12月22日
發(fā)明者葉黎華, 周艷麗, 孫克儉, 尚存進, 李國篤, 李猛, 王慶華, 程尚, 邱倩 申請人:萊蕪鋼鐵股份有限公司