經(jīng)過改造后的BTU爐的溫度控制系統(tǒng)和驅動控制系統(tǒng)，溫度測量和控制精度高，完全滿足中核建中核燃料元件有限公司車間的生產(chǎn)要求，驅動系統(tǒng)工作準確、故障率低。爐子的各項性能得到了極大的提高。

　　摘要： BTU爐在溫度控制系統(tǒng)中，使用數(shù)字式電腦控制，其所用的PID控制參數(shù)使用工程整定法，整定過程較為復雜，且控制精度不是很高。而現(xiàn)在隨著科學技術的進步，在許多場合都使用專用儀表的自適應PID控制，它不需要精確的數(shù)學模型，就可以自動計算PID參數(shù)值，極大的提升了控制精度。

　　Abstract： BTU furnace is controlled by digital computer in the temperature control system， of which the PID control parameter uses the engineering tuning method， the tuning process is complex and the control accuracy is not high. With the progress of science and technology， the adaptive PID control of the dedicated instruments is used in many occasions， and it can automatically calculate the PID parameter values without the accurate mathematical model， which greatly improves the control accuracy.

　　關鍵詞： 機械工程論文發(fā)表,BTU芯塊,燒結爐,控制系統(tǒng),技術改進

　　Key words： BTU pellet;sintering furnace;control system;technical improvement

　　1 BTU推舟爐的工作原理

　　1.1 BTU推舟爐概述 BTU推舟爐是一種工藝性還原爐子。它能夠自動且連續(xù)地進行運作。運作過程中，首先，BTU推舟爐的加熱工作區(qū)，避免空氣的暢通，保持真空的環(huán)境，然后通過氫氣做還原劑，發(fā)生氧化化學反應來分解被加工產(chǎn)品中的氧，之后氧化還原反應后的氫原子和氧原子由于氧化還原作用而生成水，由于BTU推舟爐內溫度較高，水因此以水蒸氣的形式存在。另外，BTU爐設計工作在0-45°C的露點范圍內。

　　1.2 燒結爐構成

　　1.2.1 主爐 BTU推舟爐的主爐部分總共有六個加熱區(qū)，BTU推舟爐自身含有氣密性焊接鋼殼，對該主爐部分的所有加熱區(qū)起到了良好的密封性，另外，氣密性焊接鋼殼具有非常有利的工藝環(huán)境，相對來說非常潔凈，并且充有進行工藝化學反應的物質，即可燃性氫氣。BTU推舟爐的氣密性焊接鋼殼因其材質的優(yōu)越，更具有避免爐內高熱量傷害操作工人的情況發(fā)生。

　　本推舟式燒結爐包括下列主要組成部分：

　　①進料門和隔離室;②工藝室;③水冷卻區(qū);④出料室。

　　1.2.2 傳送帶系統(tǒng) 傳送帶系統(tǒng)的構成部分有軌道四條，全部按照矩形來進行配置。傳送帶系統(tǒng)在BTU推舟爐中的作用主要是進行傳送和引導循環(huán)運作中的料舟。

　　傳送帶系統(tǒng)運作時，主要是通過機械推桿和相應的限位開關訊號相互作用，控制報警指示燈，從而傳送推料機的位置信號，而進入可編程序控制器，從而控制推料機的運作。

　　1.2.3 進料室 在整個工藝加工運作循環(huán)工作中，產(chǎn)品或者料舟首先進入進料室，然后再進入爐內工藝室。進料室在這一過程中是密閉的，又因為其與爐內工藝室的角度正好呈直角，能夠為爐內工藝室熱量的預熱提供過渡空間，并且能大大避免熱量消耗。并且進料室能夠起到爐內工藝室與外界氣體相隔離的作用。

　　1.2.4 燒除管 BTU推舟爐一共有兩個燒除管。分別位于進料室和預燒區(qū)和高溫區(qū)之間部位。燒除管的作用是，當進料門關閉時，排出爐內氣體，比如氫氣。燒除管的出口處往往有長明火，因此氫氣排除時，會被燃燒掉。如果點火成功卻未燃，則通過紫外探測器可測，點火器重新點火。若點火不成功，那么PLC將通過電磁閥的作用切斷氫氣，并用無害的氮氣對整個爐子進行快速猛烈的噴吹，從而強迫氫氣燃燒并且從燒除管排出。如圖1所示。

　　1.3 BTU推舟爐燒結爐的控制裝置

　　①位于支架的BTU推舟爐燒結爐控制器;②位于控制柜上的BTU推舟爐主操作控制面板;③位于返回BTU推舟爐傳動帶兩端的手動驅動臺;④位于BTU推舟爐冷卻區(qū)背面的氣體控制板;⑤其他相關的氣閥和水閥。

　　1.3.1 BTU推舟爐燒結爐控制器

　　①溫度控制部分：由于燒結爐由兩個預熱區(qū)和四個高溫區(qū)構成，所以每個溫區(qū)由獨立的加熱元件進行加熱，幕式鉬電加熱器對六個分別控制的加熱區(qū)進行加熱，3、4、5及6區(qū)的加熱器可將產(chǎn)品溫度升至1800°C，在生產(chǎn)過程中實際溫度為1750°C。兩個預熱區(qū)的最高溫度為1200°C，在生產(chǎn)過程中實際溫度分別為550°C和750°C。1區(qū)與2區(qū)之間的遮蔽墻有利于預熱2區(qū)的溫度保持穩(wěn)定，在高溫加熱區(qū)的3區(qū)與4區(qū)之間及5區(qū)與6區(qū)之間也有遮蔽墻，這些遮蔽墻的存在有利于溫度的精確控制。高溫加熱區(qū)的最高溫度一般為1780°C。被燒結的產(chǎn)品自高溫區(qū)推至冷卻區(qū)及出料區(qū)，冷卻區(qū)的水套將產(chǎn)品熱量載走，致使它們的溫度冷卻至接近室溫，防止產(chǎn)品出爐時發(fā)生熱震。

　　1.3.2 主操作控制面板 在控制柜的前門位置安裝有主操作控制面板。主操作控制面板的功能是用來啟動和運行燒結爐。在主操作控制面板上有一些指示燈和開關，這些指示燈和開關與儀表的電源、相關加熱器以及驅動系統(tǒng)有關。另外，主操作控制面板上還有一個緊急停止按鈕，它的作用是，當發(fā)生舟料卡住或者其他緊急事故時，用來切斷一切推料機的電源，停止工作。 　　1.3.3 手動驅動臺 燒結爐共有兩個獨立的手動驅動臺，進料手動驅動臺安裝在返回傳送帶上的進料端，出料手動驅動臺安裝在返回傳送帶上的出料端。手動驅動臺可在爐子進行進舟、檢修或維護時手動控制驅動功能，為了切斷推料機的電源，因此通常在每一個手動驅動臺上都有一個緊急停止按鈕。在爐子進行進舟、檢修或維護時，主推機、進料推料機和返回推料機的運行工作可以通過進料手動動臺來進行控制，另外，主推機、出料推料機和返回推料機的運行則可以通過出料手動驅動臺加以控制。

　　2 現(xiàn)在設備中存在的問題

　　在上文中，介紹了BTU推舟式燒結爐的基本結構和工作原理，在實際運行的過程中還存在一些不盡如人意的方面，在下面做一詳細介紹：①BTU爐的操作系統(tǒng)為基于Microsoft windows 平臺的Wincon軟件，通過說明書可知其主要是側重于焊接工藝方面，在生產(chǎn)產(chǎn)品時，所要設定的溫升曲線是靠幾個工藝菜單的連接來實現(xiàn)的，不如可編程溫度控制器設定方便和直觀。②在BTU燒結爐的控制系統(tǒng)中，溫度控制采用的是計算機和燒結爐控制單元(FCU)，以及超溫報警板(OTB)。③在FCU電路板和OTB電路板上面有BTU公司的專用集成芯塊，其內部寫有控制程序，所以當燒結爐控制單元和超溫報警板出現(xiàn)故障時，只能向美國BTU公司購買新的燒結爐控制單元和超溫報警板，這將花費數(shù)萬美元，既增加了該車間的生產(chǎn)成本，也不方便，且不擁有自主知識產(chǎn)權。

　　3 技術改進的設計方案

　　由上文可知在BTU的控制系統(tǒng)中存在四個方面的問題，在技術改造的過程中，既要克服這些存在的問題，也要保留原來設備所實現(xiàn)的各種功能，因此還要保留計算機控制、主推機速度控制和各種報警功能。

　　3.1 系統(tǒng)改造概述 為了提高爐子溫度的控制精度，采用英國歐陸可編程溫度控制器2416進行溫度調節(jié)，該溫度控制器顯示精度為0.2%，具有PID自適應調節(jié)功能，可與計算機進行串行通信，輸出0-5V，可與原可控硅調壓器進行很好的匹配。為了代替原來的燒結爐控制單元(FCU)、超溫報警板(OTB)和計算機，采用臺灣研華一體化工作站(計算機)，并配備相關的I/O板和朝陽電源、英國RS公司聲光報警器等，完成推舟爐BTU的溫度調節(jié)控制、主推速度控制、工藝定時控制、超溫聯(lián)鎖控制和聲光報警提示。利用北京亞控公司組態(tài)王(KingView6.5)開發(fā)一套集相關控制參數(shù)測量、數(shù)據(jù)處理、自動控制、報表打印、聯(lián)鎖保護為一體的控制系統(tǒng)。

　　3.2 系統(tǒng)組成

　　3.2.1 硬件組成 系統(tǒng)由歐陸調節(jié)器(2416P4)、溫度變送器(DZ-XXC4)、多功能連接端子板(PCLD-8710-A)、16通道D/I光隔離輸入端子板(PCLD-782-B)、16通道D/O繼電器輸出端子板(PCLD-785-A)、多功能數(shù)據(jù)采集卡(PCI-1710-A)、RS232 /RS485轉接器(ADAM-4520-D2)、計算機(AWS-8420TP/PCA)、打印機、朝陽電源(4NIC-X77)、時間繼電器(DH48S)、PLC控制器(S7-300)、通訊模板(CP5611)、RS報警器等組成。

　　3.2.2 軟件組成 系統(tǒng)軟件由上位機的北京亞控公司組態(tài)王(KingView6.5)和軟PLC(KingACT1.5)組成;下位機由西門子PLC控制軟件通過MPI電纜將有關信息發(fā)送到上位機;溫控器通過RS485總線將有關信息發(fā)送到上位機。

　　4 結論

　　采用了歐陸2416可編程溫度控制器后，可方便地設定BTU爐各區(qū)各段的升溫曲線，而最為主要的是作為單塊儀表維修、更換方便、價格便宜，再不需要購買 BTU公司昂貴的專用集成塊，擁有了自主知識產(chǎn)權的控制系統(tǒng)。使用歐陸2416儀表，由于它具有最為先進的神經(jīng)自適應PID控制功能，它可通過自動學習以適應調節(jié)對象的變化，自動地調整PID參數(shù)達到最佳的控制效果。改造后的控制系統(tǒng)完全能夠達到原來控制系統(tǒng)的效果，而且優(yōu)于原來的控制效果，提高了溫度控制的精度，提高了產(chǎn)品的質量，為該廠的生產(chǎn)降低了成本。

　　5 結束語

　　現(xiàn)場總線技術和智能控制儀表，都是20世紀90年代以后發(fā)展起來的新技術，利用組態(tài)軟件用戶能采用填充各種組態(tài)表的方式組態(tài)工廠的生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)。在溫控系統(tǒng)中使用自適應PID控制技術，可極大地提高溫度控制精度。它們在生產(chǎn)實際中將得到越來越多的應用。

　　參考文獻：

　　[1]孔峰.微型計算機控制技術[M].重慶大學出版社，2003.

　　[2]邵裕森.過程控制工程[M].機械工業(yè)出版社，2005.

　　[3]王俊杰.檢測技術與儀表[M].武漢理工大學出版社，2003.