退火爐溫度控制從常規(guī)儀表型向可編程控器型的轉(zhuǎn)變
可編程控器的出現(xiàn)，引起了硬接線繼電器控制系統(tǒng)的全面革新。隨著可編程控器技術(shù)向過(guò)程 控制領(lǐng)域的擴(kuò)展(在它原有的邏輯運(yùn)算和順序控制功能的基礎(chǔ)上 ，按過(guò)程控制的特定要求提升和增加了許多功能)，使它從80年代中期開始躋身于過(guò)程控制 領(lǐng)域。這種情況的出現(xiàn)，促使退火爐溫度控制從傳統(tǒng)的常規(guī)儀表向新電子控制技術(shù)( 如可編程控器晶閘管和變頻器等)轉(zhuǎn)變。
美國(guó)波曼一電加熱退火爐采用的可 編程控器溫控系統(tǒng)原理接線圖。該退火爐共有9個(gè)控制段(其構(gòu)成與前述波曼常規(guī)儀表控制的退火爐相同)。波曼可編程控器退火爐溫控系統(tǒng)原理接線圖是該退火爐的可編程控器系統(tǒng)構(gòu)成。主機(jī)是美國(guó)A.B(ALLEN-BRADLEY)公司PLC-5系列 可編程控器產(chǎn)品。它用一個(gè)處理器完成全部邏輯、順序控制和過(guò)程控制。其CPU處理器模板 為單槽結(jié)構(gòu)，構(gòu)成基本系統(tǒng)時(shí)，只需將CPU模板插在1771通用I/O機(jī)架的最左槽，再根據(jù)需要 將I/O模板依次插入其余槽。在1771-A3B12槽機(jī)架內(nèi)自左至右依次裝有1785-L20 B處理器，1771-IXE/B熱電偶輸入卡(2塊)，1771-IFE模擬輸入卡(1塊)，1771-OFE2模擬輸出 卡(3塊)，1771-IAD/C 數(shù)字輸入卡(2塊)，1771-OAD/B數(shù)字輸出卡(1塊)及1771-OW16/B繼電 器輸出卡(1塊)。由于1771-A3B機(jī)架內(nèi)不含電源，故在其左面還另裝1771-P7電源(120/220VA C，16A)。電源與CPU用1771-CP2電纜連接。I/O模塊通過(guò)I/O機(jī)架的背板與處理器通訊。與P LC-5可編程控器主機(jī)配套使用的是A.B公司的一種功能很強(qiáng)的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)加固型CRT—2711-KC 1型Panelview 1200操作員接口。波曼公司利用Panelview軟件開發(fā)出針對(duì)該退火爐溫控用的 軟件，其新穎獨(dú)特之處在于，對(duì)退火爐溫控系統(tǒng) 的各種起動(dòng)/停止操作、溫度設(shè)定、PID參數(shù)更改以及報(bào)警操作等，均在“相應(yīng)的操作員窗口 ”(顯示畫面)上按有關(guān)功能鍵進(jìn)行。
波曼電退火爐可編程控器系統(tǒng)構(gòu)成含一個(gè)加熱段和一個(gè)冷卻段控制的PLC-5的I/O模塊與相關(guān)外部元件的連接圖，用以說(shuō)明該系統(tǒng)怎樣進(jìn)行控溫工作：由分別接到1771-IXE/B熱電偶輸入卡的#17、#18 端 子和#5、#6端子的第1加熱段熱電偶(1TC1.1)和第6冷卻段熱電偶(6TC1.6)測(cè)得退火爐溫 度。溫度給定值及PID參數(shù)是在操作員接口的顯示畫面上進(jìn)行設(shè)定。PLC-5處理器通過(guò)I- O鏈對(duì)操作員接口讀寫數(shù)據(jù)。PID控制算法是用梯形圖編程語(yǔ)言調(diào)用PLC-5指令集中的PID功能 塊實(shí)現(xiàn)。PID運(yùn)算結(jié)果，經(jīng)由1771-OFE2模擬輸出卡(RACKO GROUP 3)的#A、#O端輸 出 4～20mA信號(hào)到晶閘管1SCR1.1的觸發(fā)信號(hào)端，以調(diào)節(jié)晶閘管主回路即電加熱元件的電流，經(jīng) 過(guò)由另一塊1771-OFE2模擬輸出卡 (RACKO GROUP 4) 的#A、#O端輸出4～20mA信號(hào)到M72 84A 1004型“90 控制電動(dòng)機(jī)”(6CM1.1)，以 調(diào)節(jié)冷卻段鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)門開度。對(duì)接通電加熱元件的各種必要的聯(lián)鎖信號(hào)，均以數(shù)字(開關(guān))信 號(hào)形式接到I/O模塊，包括：溫度超限繼電器1HLC1.1的輸出(在溫度未超過(guò)報(bào)警值時(shí)，其常 開觸點(diǎn)閉合)接到1771-IAD/C(RACKO GROUP 6)數(shù)字輸入卡的#00端，起動(dòng)第1加熱段鼓 風(fēng)機(jī) 的交流接觸器1MP1.1的輔助常開觸點(diǎn)接到同一數(shù)字輸入卡的#02端，1SS1.1速度繼電 器觸點(diǎn)接到同一輸入卡的#03端，#1加熱元件電源開關(guān)的輔助觸點(diǎn)1B1.1接到同一個(gè) 數(shù)字輸入卡的#01端。輸入到PLC-5的這些聯(lián) 鎖信號(hào)借助梯形圖邏輯所實(shí)現(xiàn)的“與”邏輯功能，與圖2電路中由繼電器觸點(diǎn)串聯(lián)所完成的 功能相同。另外，開動(dòng)兩臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)的交流接觸器1MP1.1和6MP1.5則是靠1771-OAD/B數(shù)字輸出 卡(RACK 1 GROUP 0)的#00端和#12端輸出的電壓信號(hào)激磁的。
3 電子控制對(duì)退火爐節(jié)能技術(shù)的改進(jìn)
玻璃瓶退火一般需要對(duì)送進(jìn)退火爐的熱瓶補(bǔ)充加熱，耗用一定的能量，另外，拖動(dòng)退火爐網(wǎng) 帶 的電動(dòng)機(jī)也需消耗一定的電能。因此，成功地消除熱應(yīng)力和減少能源消耗，是退火爐的兩大 技術(shù)指標(biāo)。為節(jié)省能源，退火爐制造廠家在機(jī)械構(gòu)造方面采取了不少措施，如采用高絕熱性 能的陶瓷纖維絕熱材料和整體金屬結(jié)構(gòu)以減少散熱損失，采用重量輕的退火爐網(wǎng)帶和低摩擦 的 運(yùn)動(dòng)部件以減少退火爐傳動(dòng)的電能損耗等。然而，熱瓶從退火爐熱端向冷端移動(dòng)時(shí)所帶走的 相當(dāng)可觀的熱量卻不是機(jī)械構(gòu)造方面的措施所能阻止的。針對(duì)這種情況，德國(guó)PENNEKAMP可 編程控器電加熱退火爐編制了一個(gè)獨(dú)特的“熱量回收”程序(梯形圖邏輯)，控制退火爐內(nèi)部 的氣流運(yùn)動(dòng)——在退火爐內(nèi)部建立一個(gè)逆玻璃瓶傳送方向的氣流，以阻止這一部分熱量的流 失，為退火爐節(jié)能技術(shù)開辟了一個(gè)新途徑，采用此熱量回收技術(shù)的德國(guó)PENNEKAMP電退火爐的設(shè)備布置。該退火爐共 有8個(gè)控制段，前4段為加熱段，第5段為過(guò)渡段(中性段)，后3段為冷卻段(每段長(zhǎng)2250mm， 退火爐總長(zhǎng)29.8m，最寬處為6235mm，網(wǎng)帶寬度5250mm)。它除裝備了與前述波曼電退火爐一 樣的基本部件——電加熱元件、鼓風(fēng)機(jī)之外，還有用作“熱量回收”的第6段上方的排氣 風(fēng)機(jī)和第7、8段上方的吸氣風(fēng)門?？客嘶馉t上方循環(huán)風(fēng)機(jī)的鼓風(fēng)作用，吸氣風(fēng)門從外部 空間向爐膛吸進(jìn)冷氣，建立起使氣流吹向熱端的正壓(為保證正壓的建立，退火爐爐膛的冷 端出口門須盡可能關(guān)閉，高于制品5～10mm，而熱端入口門開得較大，高于制品50～70m m)。通過(guò)調(diào)節(jié)排氣風(fēng)機(jī)的風(fēng)門開度，調(diào)節(jié)吹向熱端的氣流量(逆向氣流量)(圖10)。
PENNEKAMP電加熱退火爐(控制段)設(shè)備對(duì)吸氣風(fēng)門和排氣風(fēng)門開度的調(diào)節(jié)，是由可編程控器輸出端輸出信號(hào)接通電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的 正反轉(zhuǎn)回路進(jìn)行的(這個(gè)電路從略)。該退火爐的可編程控器系統(tǒng)部件包括：PLC-5/11可編程 控器，Panelvi ew1200操作員接口，32位數(shù)字輸入卡(2塊)，32位數(shù)字輸出卡(4塊)及模擬輸入卡(1塊)。其 基本構(gòu)成與前述波曼 系統(tǒng)相同，只是由于所用I/O模塊的不同，熱電偶毫伏信號(hào)需經(jīng)專用器件轉(zhuǎn)換后才接到 模擬輸入卡，對(duì)晶閘管的控制信號(hào)則是來(lái)自數(shù)字輸出卡的“開關(guān)”信號(hào)，而不是連續(xù)信號(hào)。
PENNEKAMP電退火爐熱風(fēng)循環(huán)技術(shù)可編程控器內(nèi)部的“熱量回收”梯形圖邏輯的基本點(diǎn)，是根據(jù)#1段、#5段和#8段的溫 度 確定排氣風(fēng)門和吸氣風(fēng)門的開度以控制逆向氣流量。例如，當(dāng)#1段溫度低于下限，應(yīng)增加 逆向氣流量(關(guān)小排氣風(fēng)門)，使#3、#4及#5段的熱量向熱端回送。當(dāng)#1段溫度上升 到高于下限值，而此時(shí)#3、#4及#5段的溫度若仍高于上限，則應(yīng)繼續(xù)保持較大的逆向 氣流量，以回送多余的熱量(減少#1段從電加熱元件吸取的熱量)。至#5段溫度低于下限 值時(shí)，才減少逆向氣流量(開大排氣風(fēng)門)，以讓#5段溫度回升。由于#8段溫度受冷端噴 涂 的溫度制約需保持在一定數(shù)值，故吸氣風(fēng)門應(yīng)隨#8段溫度的升降而開大或關(guān)小。而吸氣風(fēng) 門開度的變化又會(huì)影響到逆向氣流量，故在吸氣風(fēng)門開度變化的同時(shí)，排氣風(fēng)門的開度應(yīng)隨 之相應(yīng)變化，以保持根據(jù)#1段和#5段溫度所確定的逆向氣流量不變。
