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| 玻璃瓶退火爐的電子控制分析 |
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| 來源：中華包裝瓶網 編輯：zynljh 發表時間：2008/1/29 14:11:13 |
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退火爐溫度控制從常規儀表型向可編程控器型的轉變 可編程控器的出現，引起了硬接線繼電器控制系統的全面革新。隨著可編程控器技術向過程 控制領域的擴展(在它原有的邏輯運算和順序控制功能的基礎上 ，按過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程控制 領域。這種情況的出現，促使退火爐溫度控制從傳統的常規儀表向新電子控制技術( 如可編程控器晶閘管和變頻器等)轉變。圖7是美國波曼一電加熱退火爐采用的可 編程控器溫控系統原理接線圖。該退火爐共有9個控制段(其構成與前述波曼常規儀表控制的退火爐相同)。圖7(因文章篇幅問題。具體圖表可訪問徐州鴻源玻璃瓶制造公司主頁)中只畫出一個 加熱段 (第1段)和一個冷卻段(第6段)的控制電路。圖7系統與圖2系統具有相同的功能，然而，二者 卻是基于完全不同的原理進行工作的。 圖7 波曼可編程控器退火爐溫控系統原理接線圖 圖8是該退火爐的可編程控器系統構成。主機是美國A.B(ALLEN-BRADLEY)公司PLC-5系列 可編程控器產品。它用一個處理器完成全部邏輯、順序控制和過程控制。其CPU處理器模板 為單槽結構，構成基本系統時，只需將CPU模板插在1771通用I/O機架的最左槽，再根據需要 將I/O模板依次插入其余槽。如圖8所示，在1771-A3B12槽機架內自左至右依次裝有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 數字輸入卡(2塊)，1771-OAD/B數字輸出卡(1塊)及1771-OW16/B繼電 器輸出卡(1塊)。由于1771-A3B機架內不含電源，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I/O機架的背板與處理器通訊。與P LC-5可編程控器主機配套使用的是A.B公司的一種功能很強的工業現場加固型CRT—2711-KC 1型Panelview 1200操作員接口。波曼公司利用Panelview軟件開發出針對該退火爐溫控用的 軟件，其新穎獨特之處在于，對退火爐溫控系統 的各種起動/停止操作、溫度設定、PID參數更改以及報警操作等，均在“相應的操作員窗口 ”(顯示畫面)上按有關功能鍵進行。 圖8 波曼電退火爐可編程控器系統構成圖 畫于圖7的含一個加熱段和一個冷卻段控制的PLC-5的I/O模塊與相關外部元件的連接圖，用 以說明該系統怎樣進行控溫工作：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)測得退火爐溫 度。溫度給定值及PID參數是在操作員接口的顯示畫面上進行設定。PLC-5處理器通過I- O鏈對操作員接口讀寫數據。PID控制算法是用梯形圖編程語言調用PLC-5指令集中的PID功能 塊實現。PID運算結果，經由1771-OFE2模擬輸出卡(RACKO GROUP 3)的#A、#O端輸 出 4～20mA信號到晶閘管1SCR1.1的觸發信號端，以調節晶閘管主回路即電加熱元件的電流，經 過由另一塊1771-OFE2模擬輸出卡 (RACKO GROUP 4) 的#A、#O端輸出4～20mA信號到M72 84A 1004型“90 控制電動機”(6CM1.1)，以 調節冷卻段鼓風機風門開度。對接通電加熱元件的各種必要的聯鎖信號，均以數字(開關)信 號形式接到I/O模塊，包括：溫度超限繼電器1HLC1.1的輸出(在溫度未超過報警值時，其常 開觸點閉合)接到1771-IAD/C(RACKO GROUP 6)數字輸入卡的#00端，起動第1加熱段鼓 風機 的交流接觸器1MP1.1的輔助常開觸點接到同一數字輸入卡的#02端，1SS1.1速度繼電 器觸點接到同一輸入卡的#03端，#1加熱元件電源開關的輔助觸點1B1.1接到同一個 數字輸入卡的#01端。輸入到PLC-5的這些聯 鎖信號借助梯形圖邏輯所實現的“與”邏輯功能，與圖2電路中由繼電器觸點串聯所完成的 功能相同。另外，開動兩臺鼓風機的交流接觸器1MP1.1和6MP1.5則是靠1771-OAD/B數字輸出 卡(RACK 1 GROUP 0)的#00端和#12端輸出的電壓信號激磁的。 3 電子控制對退火爐節能技術的改進 玻璃瓶退火一般需要對送進退火爐的熱瓶補充加熱，耗用一定的能量，另外，拖動退火爐網 帶 的電動機也需消耗一定的電能。因此，成功地消除熱應力和減少能源消耗，是退火爐的兩大 技術指標。為節省能源，退火爐制造廠家在機械構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構以減少散熱損失，采用重量輕的退火爐網帶和低摩擦 的 運動部件以減少退火爐傳動的電能損耗等。然而，熱瓶從退火爐熱端向冷端移動時所帶走的 相當可觀的熱量卻不是機械構造方面的措施所能阻止的。針對這種情況，德國PENNEKAMP可 編程控器電加熱退火爐編制了一個獨特的“熱量回收”程序(梯形圖邏輯)，控制退火爐內部 的氣流運動——在退火爐內部建立一個逆玻璃瓶傳送方向的氣流，以阻止這一部分熱量的流 失，為退火爐節能技術開辟了一個新途徑， 圖9是一臺采用此熱量回收技術的德國PENNEKAMP電退火爐的設備布置圖。該退火爐共 有8個控制段，前4段為加熱段，第5段為過渡段(中性段)，后3段為冷卻段(每段長2250mm， 退火爐總長29.8m，最寬處為6235mm，網帶寬度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、鼓風機之外，還有用作“熱量回收”的第6段上方的排氣 風機和第7、8段上方的吸氣風門。靠退火爐上方循環風機的鼓風作用，吸氣風門從外部 空間向爐膛吸進冷氣，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)。通過調節排氣風機的風門開度，調節吹向熱端的氣流量(逆向氣流量)(圖10)。 圖9 PENNEKAMP電加熱退火爐(控制段)設備布置圖 對吸氣風門和排氣風門開度的調節，是由可編程控器輸出端輸出信號接通電動執行機構的 正反轉回路進行的(這個電路從略)。該退火爐的可編程控器系統部件包括：PLC-5/11可編程 控器，Panelvi ew1200操作員接口，32位數字輸入卡(2塊)，32位數字輸出卡(4塊)及模擬輸入卡(1塊)。其 基本構成與前述波曼 系統相同(圖8)，只是由于所用I/O模塊的不同，熱電偶毫伏信號需經專用器件轉換后才接到 模擬輸入卡，對晶閘管的控制信號則是來自數字輸出卡的“開關”信號，而不是連續信號。 圖10 PENNEKAMP電退火爐熱風循環技術原理示意圖 可編程控器內部的“熱量回收”梯形圖邏輯的基本點，是根據#1段、#5段和#8段的溫 度 確定排氣風門和吸氣風門的開度以控制逆向氣流量。例如，當#1段溫度低于下限，應增加 逆向氣流量(關小排氣風門)，使#3、#4及#5段的熱量向熱端回送。當#1段溫度上升 到高于下限值，而此時#3、#4及#5段的溫度若仍高于上限，則應繼續保持較大的逆向 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，才減少逆向氣流量(開大排氣風門)，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值，故吸氣風門應隨#8段溫度的升降而開大或關小。而吸氣風 門開度的變化又會影響到逆向氣流量，故在吸氣風門開度變化的同時，排氣風門的開度應隨 之相應變化，以保持根據#1段和#5段溫度所確定的逆向氣流量不變。
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