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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