專利名稱：高溫電阻爐溫度區(qū)別跟蹤測控系統(tǒng)及其監(jiān)控方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高溫電阻爐溫度區(qū)別跟蹤測控系統(tǒng)及其監(jiān)控方法。
背景技術(shù)：
高溫電阻爐區(qū)別于常規(guī)電阻爐，通常以石墨等復(fù)合材料作為加熱體，超輕質(zhì)耐火高溫節(jié)能材料作為爐襯，配套真空、水冷及溫控系統(tǒng)，實現(xiàn)1700°C以上，最高溫度可達(dá) 3000°C的加熱及熱處理生產(chǎn)過程，廣泛應(yīng)用于航天、機(jī)械、制造、新材料等領(lǐng)域。
現(xiàn)有的大部分高溫電阻爐控溫系統(tǒng)受高低溫測溫手段及信號類型等因素的限制， 直接采用高溫測溫計進(jìn)行控溫，對中低溫段的升溫速度以及功率輸出不能做到準(zhǔn)確實時控制，特別是對碳復(fù)合材料、耐火復(fù)合纖維等新材料的生產(chǎn)熱處理，影響熱處理生產(chǎn)工藝過程的有效實施。另外，爐內(nèi)多個加熱分區(qū)獨立控制，控溫同步協(xié)調(diào)性較差，控制系統(tǒng)硬件成本較高，系統(tǒng)維護(hù)工作量較大。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所解決的技術(shù)問題是提供一種通過高低溫?zé)o擾切換實現(xiàn)全程溫度準(zhǔn)確控制，多個加熱分區(qū)的溫度能夠同步協(xié)調(diào)控制，爐內(nèi)溫度均勻性好，控制回路硬件成本低廉， 使用維護(hù)簡單方便的高溫電阻爐溫度區(qū)別跟蹤測控系統(tǒng)及其監(jiān)控方法。
為解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案一種高溫電阻爐溫度區(qū)別跟蹤測控系統(tǒng)，其特殊之處在于包括將高溫電阻爐爐膛加熱空間對稱均布地分為若干個加熱分區(qū)，每個加熱分區(qū)內(nèi)均設(shè)置有電阻加熱元件，每個加熱分區(qū)配套加熱電源主回路單元、高低溫區(qū)別測量變送單元、高低溫控制回路單元；加熱電源主回路單元主要包括加熱電源、低壓開關(guān)保護(hù)電器、功率調(diào)整器，加熱電源經(jīng)功率調(diào)整器與加熱分區(qū)內(nèi)的電阻加熱元件連接；高低溫區(qū)別測量變送單元包括高溫測溫計和可動熱電偶，高溫測溫計和可動熱電偶均設(shè)置在每個加熱分區(qū)內(nèi)，高溫測溫計連接高溫控制儀表，可動熱電偶連接低溫控制儀表，若干個加熱分區(qū)之間的高溫控制儀表相互連接，低溫控制儀表相互連接；高低溫控制回路單元包括高溫控制輸出回路和低溫控制輸出回路，高低溫區(qū)別測量變送單元的高溫控制儀表、低溫控制儀表分別經(jīng)高溫控制輸出回路、低溫控制輸出回路與加熱電源主回路單元的功率調(diào)整器的控制信號接收端子連接，高溫控制輸出回路與功率調(diào)整器之間設(shè)置有切換開關(guān)，低溫控制輸出回路與功率調(diào)整器之間設(shè)置有切換開關(guān)。
上述的若干個加熱分區(qū)內(nèi)中任意一個加熱分區(qū)的高溫控制儀表采用高溫主控儀表，低溫控制儀表采用低溫主控儀表，其它加熱分區(qū)的高溫控制儀表采用高溫跟隨儀表，低溫控制儀表采用低溫跟隨儀表。
上述的若干個加熱分區(qū)之間的高溫控制儀表通過RS485通訊端口或0-5VDC模擬變送電氣接口連接，低溫控制儀表通過RS485通訊端口 0-5VDC模擬變送電氣接口連接。
上述系統(tǒng)的監(jiān)控方法為對高溫電阻爐同一加熱分區(qū)高溫、低溫實施區(qū)別測量，獨立控制的策略，又在高溫電阻爐的多個不同加熱分區(qū)之間分別實行高溫階段和低溫階段的主從跟隨控制，各加熱分區(qū)對應(yīng)的高溫主控儀表和低溫主控儀表協(xié)同其它高溫跟蹤控溫儀表和低溫跟蹤控溫儀表，按照統(tǒng)一的加熱工藝曲線，通過同一加熱分區(qū)高低溫切換信號，進(jìn)行高溫控制輸出回路和低溫控制輸出回路的無擾切換，分別實現(xiàn)多個加熱分區(qū)低溫和高溫階段的協(xié)調(diào)統(tǒng)一控制。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果本發(fā)明的高低溫區(qū)別測量和采集的模式克服了儀表控制時高溫低溫測量信號類型不同而引起的接線和信號類型的不能互補(bǔ)缺陷，并通過帶閾值的無擾切換方法使功率調(diào)整器在高低溫切換時能夠平滑連續(xù)地輸出控制信號，消除了高低溫因測溫手段和量程不同出現(xiàn)的控制輸出突變跳躍和不連續(xù)，提高了單區(qū)控溫準(zhǔn)確性和可靠性；爐膛空間尺寸較大且加熱分區(qū)較多時，多區(qū)主從協(xié)調(diào)控溫相比較單區(qū)獨立控溫，可以使多個加熱分區(qū)的控溫協(xié)調(diào)性和同步性更好，有利于爐溫均勻性的提高，且控制回路的硬件成本大為降低。


圖I為本發(fā)明的連接框圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
參見圖1，本發(fā)明包括將高溫電阻爐爐膛加熱空間對稱均布地分為若干個加熱分區(qū)，每個加熱分區(qū)內(nèi)均設(shè)置有電阻加熱元件1，每個加熱分區(qū)配套加熱電源主回路單元2、 高低溫區(qū)別測量變送單元3、高低溫控制回路單元4等部分實現(xiàn)加熱功能；加熱電源主回路單元2主要包括加熱電源、低壓開關(guān)保護(hù)電器、功率調(diào)整器，加熱電源經(jīng)功率調(diào)整器與加熱分區(qū)內(nèi)的電阻加熱元件I連接；高低溫區(qū)別測量變送單元3包括高溫測溫計和可動熱電偶， 高溫測溫計和可動熱電偶均設(shè)置在每個加熱分區(qū)內(nèi)，高溫測溫計連接高溫控制儀表6，可動熱電偶連接低溫控制儀表5，若干個加熱分區(qū)之間的高溫控制儀表6相互連接，低溫控制儀表5相互連接；高低溫控制回路單元4包括高溫控制輸出回路和低溫控制輸出回路，高低溫區(qū)別測量變送單元3的高溫控制儀表6、低溫控制儀表5分別經(jīng)高溫控制輸出回路、低溫控制輸出回路與加熱電源主回路單元2的功率調(diào)整器的控制信號接收端子連接，高溫控制輸出回路與功率調(diào)整器之間設(shè)置有切換開關(guān)，低溫控制輸出回路與功率調(diào)整器之間設(shè)置有切換開關(guān)。
功率調(diào)節(jié)器是加熱電源回路的核心器件，可選用帶通訊功能的INJET三相數(shù)字化功率調(diào)整器，與PLC和計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行通訊，將加熱過程中的電參數(shù)進(jìn)行實時監(jiān)測和記錄。
上述的若干個加熱分區(qū)內(nèi)中任意一個加熱分區(qū)的高溫控制儀表6采用高溫主控儀表，低溫控制儀表5采用低溫主控儀表，其它加熱分區(qū)的高溫控制儀表6采用高溫跟隨儀表，低溫控制儀表5采用低溫跟隨儀表。
上述的若干個加熱分區(qū)之間的高溫控制儀表6通過RS485通訊端口或0-5VDC模擬變送電氣接口連接，低溫控制儀表5通過RS485通訊端口 0-5VDC模擬變送電氣接口連接。
上述系統(tǒng)的控制方法對高溫電阻爐同一加熱分區(qū)高溫、低溫實施區(qū)別測量，獨立控制的策略，又在高溫電阻爐的多個不同加熱分區(qū)之間分別實行高溫階段和低溫階段的主從跟隨控制，各分區(qū)的高溫主控儀表和低溫主控儀表協(xié)同高溫跟蹤控溫儀表和低溫跟蹤控溫儀表，按照統(tǒng)一的加熱工藝曲線，通過同一加熱分區(qū)高低溫切換信號，進(jìn)行高溫控制輸出回路和低溫控制輸出回路的無擾切換，分別實現(xiàn)多個加熱分區(qū)低溫和高溫階段的協(xié)調(diào)統(tǒng)一控制。
實施例I :本發(fā)明包括將高溫電阻爐爐內(nèi)對稱均布地分為兩個加熱分區(qū)，每個加熱分區(qū)內(nèi)均設(shè)置有電阻加熱元件I，每個加熱分區(qū)設(shè)置有加熱電源主回路單元2、高低溫區(qū)別測量變送單元3、高低溫控制回路單元4 ;加熱電源主回路單元2包括加熱電源、低壓開關(guān)保護(hù)電器、功率調(diào)整器，加熱電源經(jīng)功率調(diào)整器與加熱分區(qū)內(nèi)的電阻加熱體I連接；高低溫區(qū)分測量變送單元3包括高溫測溫計和可動熱電偶，高溫測溫計和可動熱電偶均設(shè)置在加熱分區(qū)內(nèi)，高溫測溫計連接高溫控制儀表6，可動熱電偶連接低溫控制儀表5，兩個加熱分區(qū)之間的高溫控制儀表6相互連接，低溫控制儀表5相互連接；高低溫控制回路單元4包括高溫控制輸出回路和低溫控制輸出回路，高低溫區(qū)別測量變送單元3的高溫控制儀表6、低溫控制儀表 5分別經(jīng)高溫控制輸出回路、低溫控制輸出回路與加熱電源主回路單元2的功率調(diào)整器連接，高溫控制輸出回路與功率調(diào)整器之間設(shè)置有切換開關(guān)，低溫控制輸出回路與功率調(diào)整器之間設(shè)置有切換開關(guān)。
兩個加熱分區(qū)內(nèi)中任意一個加熱分區(qū)的高溫控制儀表6采用高溫主控儀表，低溫控制儀表5采用低溫主控儀表，其他加熱分區(qū)的高溫控制儀表6采用高溫跟隨儀表，低溫控制儀表5采用低溫跟隨儀表。
上述的若干個加熱分區(qū)之間的高溫控制儀表6通過RS485通訊端口或0-5VDC電氣信號連接，低溫控制儀表5通過RS485通訊端口或0-5VDC電氣信號連接。
上述系統(tǒng)的控制方法對高溫電阻爐同一加熱分區(qū)高溫和低溫階段實施區(qū)別測量， 獨立控制的策略，又在高溫電阻爐的多個不同加熱分區(qū)之間分別實行高溫階段和低溫階段的主從跟隨控制，各分區(qū)的高溫主控儀表和低溫主控儀表協(xié)同高溫跟蹤控溫儀表和低溫跟蹤控溫儀表，按照統(tǒng)一的加熱工藝曲線，通過同一加熱分區(qū)高低溫切換信號，進(jìn)行高溫控制輸出回路和低溫控制輸出回路的無擾切換，分別實現(xiàn)多個加熱分區(qū)低溫和高溫階段的協(xié)調(diào)統(tǒng)一控制。
上述系統(tǒng)控制方法實現(xiàn)對所述的I區(qū)和2區(qū)兩個加熱區(qū)，I區(qū)作為主控加熱區(qū)拖帶 2區(qū)跟隨控制，分別按照高溫、低溫主從跟蹤的模式對爐內(nèi)兩個加熱分區(qū)溫度按同一溫度工藝曲線進(jìn)行同步協(xié)調(diào)控制。采用一臺多程序段的主控溫控儀拖帶一臺同精度的定值溫控儀，高溫主控儀表和跟蹤儀表分別定義為FP23_H和SR23_H，低溫主控儀表和跟蹤儀表分別定義為FP23_L和SR23_L。高溫階段時，F(xiàn)P23_H通過通訊或信號現(xiàn)連接的方式拖帶SR23_ H進(jìn)行高溫統(tǒng)一協(xié)同控制控制；低溫階段時，F(xiàn)P23_L通過通訊或信號現(xiàn)連接的方式拖帶 3尺23立進(jìn)行低溫統(tǒng)一協(xié)同控制控制。主控溫控儀表可選用日本島電FP23系列多程序段O. I 級智能PID調(diào)節(jié)器，跟蹤溫控儀表選用日本島電SR23系列O. I級智能PID調(diào)節(jié)器，通過主控溫控儀表模擬輸出功能和跟蹤溫控儀表實現(xiàn)兩個加熱分區(qū)的溫度協(xié)同控制。
高溫測溫計可選用雙比色高溫計、三色光電高溫測溫儀、紅外測溫計等非接觸式測溫裝置，量程在500-300(TC之間，24VDC供電，為適合溫控儀表信號輸入和信號可靠傳輸，選用4_20mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號。
中低溫段檢測選配可動熱電偶來測量，當(dāng)爐溫均勻性要求較高時，配套相應(yīng)的循環(huán)冷卻水裝置，并加裝氣缸動作裝置和測溫孔遮蓋裝置，在溫度到達(dá)高溫段前，通過高低溫轉(zhuǎn)換溫度點開關(guān)信號控制氣缸抽出熱電偶，并使遮蓋裝置覆蓋測溫孔以減少漏熱。可動熱電偶根據(jù)爐膛內(nèi)情況選用適當(dāng)長度，量程及信號類型與低溫溫控儀相匹配。
上述系統(tǒng)的控制方法采用高低溫?zé)o擾切換的雙回路控制模式，即溫度檢測和溫控儀表按高低溫切換的模式，區(qū)分為高溫控制輸出回路和低溫控制輸出回路，按照協(xié)調(diào)統(tǒng)一的溫度工藝曲線，共同作用于加熱主回路的功率調(diào)節(jié)器(SCR)，實時調(diào)節(jié)加熱電源的功率輸出。實現(xiàn)高溫控制輸出的溫控儀，需選擇輸入信號為4-20mA或1-5V的萬能標(biāo)準(zhǔn)信號，以方便接收高溫測溫計的電流信號，實現(xiàn)低溫控制輸出的低溫控制儀表，輸入選擇默認(rèn)的熱電偶信號即可。
上述系統(tǒng)的控制方法的切換開關(guān)的信號由中間繼電器的一對常開常閉信號給出， 分別串接于高溫、低溫控制輸出回路，在每個加熱分區(qū)的高溫溫控儀和低溫溫控儀上分別設(shè)置報警事件輸出，以低于可動熱電偶量程上限附近的某一溫度值(如900°C、100(TC、 iioo°c等，根據(jù)具體工藝選擇適當(dāng)?shù)闹?作為高低溫切換事件報警值，通過邏輯程序判斷， 當(dāng)兩個儀表的報警事件條件同時滿足時，中間繼電器線圈帶電，驅(qū)動切換控制繼電器觸點動作，實現(xiàn)高低溫控制的無擾切換功能。
上述系統(tǒng)的控制方法所述的溫度工藝曲線的設(shè)定可通過主控溫控儀的操作面板按鍵輸入，或儀表和計算機(jī)通訊的方式，通過組態(tài)軟件人機(jī)界面設(shè)定溫度曲線。將中低溫段 (可動熱電偶最高測溫溫度以下)的工藝曲線輸入到低溫主控溫控儀，將整條工藝曲線盡量完整地輸入到高溫主控溫控儀，在通過高低溫?zé)o擾切換開關(guān)，實現(xiàn)整個加熱過程按照同一溫度工藝曲線進(jìn)行協(xié)調(diào)統(tǒng)一控制。
權(quán)利要求
1.一種高溫電阻爐溫度區(qū)別跟蹤測控系統(tǒng)，其特征在于包括將高溫電阻爐爐膛加熱空間對稱均布地分為若干個加熱分區(qū)，每個加熱分區(qū)內(nèi)均設(shè)置有電阻加熱元件(I )，每個加熱分區(qū)配套加熱電源主回路單元(2)、高低溫區(qū)別測量變送單元(3)、高低溫控制回路單元(4);加熱電源主回路單元(2)主要包括加熱電源、低壓開關(guān)保護(hù)電器、功率調(diào)整器，加熱電源經(jīng)功率調(diào)整器與加熱分區(qū)內(nèi)的電阻加熱元件(I)連接；高低溫區(qū)別測量變送單元(3)包括高溫測溫計和可動熱電偶，高溫測溫計和可動熱電偶均設(shè)置在每個加熱分區(qū)內(nèi)，高溫測溫計連接高溫控制儀表(6)，可動熱電偶連接低溫控制儀表(5)，若干個加熱分區(qū)之間的高溫控制儀表(6)相互連接，低溫控制儀表(5)相互連接；高低溫控制回路單元(4)包括高溫控制輸出回路和低溫控制輸出回路，高低溫區(qū)別測量變送單元(3)的高溫控制儀表(6)、低溫控制儀表(5)分別經(jīng)高溫控制輸出回路、低溫控制輸出回路與加熱電源主回路單元(2)的功率調(diào)整器的控制信號接收端子連接，高溫控制輸出回路與功率調(diào)整器之間設(shè)置有切換開關(guān)，低溫控制輸出回路與功率調(diào)整器之間設(shè)置有切換開關(guān)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高溫電阻爐溫度區(qū)別跟蹤測控系統(tǒng)，其特征在于所述的若干個加熱分區(qū)內(nèi)中任意一個加熱分區(qū)的高溫控制儀表(6)采用高溫主控儀表，低溫控制儀表(5)采用低溫主控儀表，其它加熱分區(qū)的高溫控制儀表(6)采用高溫跟隨儀表，低溫控制儀表(5)采用低溫跟隨儀表。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的高溫電阻爐溫度區(qū)別跟蹤測控系統(tǒng)，其特征在于所述的若干個加熱分區(qū)之間的高溫控制儀表(6)通過RS485通訊端口或0-5VDC模擬變送電氣接口連接，低溫控制儀表(5 )通過RS485通訊端口 0-5VDC模擬變送電氣接口連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高溫電阻爐溫度區(qū)別跟蹤測控系統(tǒng)的監(jiān)控方法，其特征在于對高溫電阻爐同一加熱分區(qū)高溫、低溫實施區(qū)別測量，獨立控制的策略，又在高溫電阻爐的多個不同加熱分區(qū)之間分別實行高溫階段和低溫階段的主從跟隨控制，各加熱分區(qū)對應(yīng)的高溫主控儀表和低溫主控儀表協(xié)同其它高溫跟蹤控溫儀表和低溫跟蹤控溫儀表，按照統(tǒng)一的加熱工藝曲線，通過同一加熱分區(qū)高低溫切換信號，進(jìn)行高溫控制輸出回路和低溫控制輸出回路的無擾切換，分別實現(xiàn)多個加熱分區(qū)低溫和高溫階段的協(xié)調(diào)統(tǒng)一控制。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高溫電阻爐溫度區(qū)別跟蹤測控系統(tǒng)及其監(jiān)控方法。本發(fā)明包括將高溫電阻爐爐膛加熱空間對稱均布地分為若干個加熱分區(qū)，每個加熱分區(qū)內(nèi)均設(shè)置有電阻加熱元件，每個加熱分區(qū)配套加熱電源主回路單元、高低溫區(qū)別測量變送單元、高低溫控制回路單元。本發(fā)明的高低溫區(qū)別測量和采集的模式克服了儀表控制時高溫低溫測量信號類型不同而引起的接線和信號類型的不能互補(bǔ)缺陷，并通過帶閾值的無擾切換方法使功率調(diào)整器在高低溫切換時能夠平滑連續(xù)地輸出控制信號，消除了高低溫因測溫手段和量程不同出現(xiàn)的控制輸出突變跳躍和不連續(xù)，提高了單區(qū)控溫準(zhǔn)確性和可靠性。
文檔編號F27D19/00GK102927830SQ201210430220
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月1日
發(fā)明者張建華 申請人:西安電爐研究所有限公司