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退火炉

KZYT系列热处理自动化集散控制系统在铝箔退火工序中的应用

l 引言

退火处理是铝箔加工工艺的主要组成部分，主要是对精扎分切过的铝箔进行除油处理和光亮退火，提高其热力学性能。退火炉是完成铝箔退火的关键设备，退火炉温度控制的好坏直接影响铝箔的质量。

2 控制系统硬件设计

本铝箔退火炉控制系统主要由带有PID调节的温度调节模块的HD-M-A4000系列模拟量模块、HD-M-D4000系列开关量模块、HD-DL4000系列电量采集模块、MCGS触摸屏和上位机监测系统以及西门子PLC系统和知名品牌变频器组成(如图1)。控制系统完成8台铝箔退火炉的温度精确控制，循环、负压、吹洗和旁冷风机的起停和正反转控制，各种故障状态的报警等功能。HD-M-A4000系列模拟量模块用于各类模拟量信号的采集和标准信号的输出，可用于热电偶、热电阻、压力等信号的采集与变送。输入与输出可灵活组态。HD-M-D4000系列开关量模块用于开关量或者数字信号的采集，并对继电器输出进行控制。HD-DL4000系列电量采集模块适用于工业控制与测量系统的电力监控系统，能够代替电流、电压、功率、功率因数、电能等一系列测量输入模块。各个模块作为下位机，负责控制铝箔退火炉，通过RS485通讯与MCGS触摸屏进行通讯，数据通过屏再转发给上位机进行监控，上位机作为系统的控制中心。触摸屏完成各种工艺参数的设定，检测报警、实时和历史数据的查询等功能。采用西门子PLC系统和知名品牌变频器进行过程调节控制。

图1 铝箔退火炉温度控制系统结构图

3 控制系统软件设计

控制系统软件设计主要包括以下几个方面：温度控制，风机控制，报警控制等，其中温度控制是控制系统的关键。

温度控制主要有定时定温和比例料温两种控制方式。其中定时定温是工业生产中最常用的控温方式。即在规定的时间内使温度升高到设定的温度，要求实现线性升温。如图2所示，曲线1为设定理想退火工艺曲线。曲线2为细分曲线示意图。要想使实际退火曲线逼近设定曲线，就需要采用细分技术，图2中为了分析方便将升温段细分为五段，每小段均为轻微振荡曲线。如果将其细分为几千甚至上万段，则可以无限逼近设定曲线，这样就实现了线性升温。具体实现方法如下：将图2中的升温段作为一个程序步，根据当前程序步的设定温度和设定时间，可以得出细分增量，细分增量=设定温度(℃)／设定时间(S)。即每秒增加一个细分增量，则模块中的给定温度=上次给定温度+细分增量。如此循环下去，直到程序步结束。

图2 定时定温工艺曲线

图3 比例料温工艺曲线

另外一种控温方式是比例料温，采用比例料温是为了加快铝箔导热速度，缩短退火时间，以减少电耗。首先使炉温升到高于设定料温(T2)的某一值T3这样炉气温度与实际料温间温差变大，铝箔导热加快。当料温达到设定比例开始料温(T1)时，真正开始比例料温控制，即当实际料温升高1℃时，炉气温度降低一个设定的比例步。如果比例步设为5，则料温升高1℃，炉气温度降低5℃。如此下去，直到炉气温度与实际料温相等。

在实际使用中，传输信号经常受到各种干扰，模块采集过来的料温信号变化很大，在比例料温程序中，料温每变化一度，炉气温度就要变化一个比例步，如果不加处理，就会造成炉气温度波动较大，不能完全实现比例料温，这里采用滤波技术，滤掉峰值干扰信号。

4 现场应用效果

图4为控制系统的实际应用情况，从图中可以看出，实际炉温具有较好的线性和精度，基本满足铝箔生产要求。实际现场应用也体现出良好的效果。

图4 实际应用效果图

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