加熱爐電氣自動控制技術發展探討

李曜旭

摘 要：隨著工業生產規模的不斷擴大，加熱爐控制技術要求也變得愈來愈高，這為加熱爐電氣自動控制技術提供了發展空間。基于此，本文對加熱爐電子自動控制技術進行了探討，并提出了相關觀點，以供參考。

關鍵詞：加熱爐；自動化；電氣；技術

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.04.049

1 加熱爐概述

在現代工業生產過程中，加熱爐是不可或缺的加工設備，在很多行業當中都有著廣泛的應用。加熱爐主要包括連續加熱爐與室式加熱爐。連續加熱爐運行過程中，料坯會在爐內根據軋制的節奏進行連續運動，爐氣也會在爐內進行連續流動[1]。當爐料斷面尺寸、產量機類型確定時，連續加熱爐各部分溫度并不會隨時間變化而變化，只會沿長度方向發生變化；金屬料的溫度也不會隨著時間變化而出現變化，僅沿長度方向發生變化。室式加熱爐主要用于金屬坯加熱或鍛壓前加熱。室式加熱爐物料加熱時并不會移動，并且爐內不分段，需保持爐內各處溫度均勻。對于部分大型鋼錠加熱則采取周期性的加熱方式。多數加熱爐都屬于高耗能窯爐，資源消耗較多，并且加熱爐產生的煙氣會散發出大量熱量，會影響熱能利用率。因此，在加熱爐應用過程中需采取一定節能措施來控制能源消耗，從而提升熱能利用率，降低使用成本。

2 加熱爐電氣自動控制技術瓶頸分析

以往加熱爐控制偏重于常規燃燒控制。一般會根據加熱爐實際運行狀況，采取針對性措施讓加熱爐始終維持穩定的工況，從而實現最佳燃燒，達到節能減耗的目的。隨著計算機技術及電氣技術的不斷成熟，為加熱爐溫控提供了極大的技術支持。以計算機技術來控制加熱爐各段爐溫，可有效提升控制精度，并可得到較為理想的物料溫度，在實現最佳燃燒的同時，也能保證加熱爐安全性。正是由于計算機技術與電氣技術的不斷發展，讓加熱爐自動化控制得以實現。相對于歐美發達國家而言，我國加熱爐電氣自動控制技術起步較晚，并且普及面較窄。部分工業生產企業盡管配備了較為先進的計算機硬件設施，但計算機主要用于簡單的PID調節，只是用來替代普通測量儀表，并未將計算機的強大功能充分發揮出來。在加熱爐電氣自動控制技術應用過程中，還會受到一些外界因素干擾，會對系統的穩定性產生影響，一定程度上制約了控制效果[2]。在加熱爐燃燒系統控制方面，主流的控制方式包括交叉燃燒控制及流量、溫度串級比值控制。在加熱爐穩定工作的狀態下，上述兩種方式能夠得到較好的自動控制效果。一旦加熱爐工況不夠穩定，上述兩種方式控制效果將大大削弱，無法實現最佳燃燒。之所以國內很多加熱爐控制系統無法完全實現自動控制，主要還是受到了某些技術瓶頸限制，主要表現為以下幾個方面：（1）自動控制技術無法滿足工藝需求。工業生產過程中，工藝是保證產品質量、生產效率的基礎。生產工藝與諸多因素相關，包括原材料、設備、操作方法等。部分加熱爐自動控制技術與生產工藝格格不入，無法滿足工藝需求，使得自動控制效果大大受限。（2）參數檢測。要實現加熱爐自動控制，需要對相關參數進行準確測定，才能保證控制過程的精確度。例如，在部分加熱爐當中會利用氧化鋯氧濃度儀表來檢測尾氣含氧量，以此來判斷氧氣濃度。然而氧化鋯氧濃度儀表壽命并不長、維護較為困難，并且部分尾氣當中含有大量雜質，會對檢測結果產生影響，這也就意味著無法準確測定尾氣含氧量，也就不能構成自動控制閉環，一定程度上制約了自動控制效果。（3）無法構建標準化模型實現自動化控制。加熱爐運行過程中涵蓋了很多未知參數，包括溫度、熱工狀況等，并且工藝參數會出現一定程度波動，干擾因素較多，很難構建自動化控制標準模型。

3 加熱爐電氣自動控制主流技術分析

3.1 PLC技術

PLC（可編程邏輯控制器）是目前在加熱爐自動控制過程中應用最為廣泛的技術之一。PLC是一種典型的工業控制計算機，其基本結構與微型計算機相同，包括電源、CPU、存儲器、輸入接口電路、輸出接口電路、功能模塊及通信模塊等。PLC工作過程主要分為三個階段及輸入采樣、用戶程序執行及輸出刷新。輸入采樣階段，PLC可通過掃描方式讀取輸入數據及狀態，并將其存入相應單元內；用戶程序執行階段，PLC會按順序對用戶程序進行掃描，并對控制線路（由觸點構成）進行邏輯運算，當獲得邏輯運算結果后，會對邏輯線圈在RAM中對應的狀態進行刷新；輸出刷新階段，CPU會根據I/O映像區對應的狀態、數據對輸出鎖存電路進行刷新，然后再通過輸出電路來控制外設。相對于傳統繼電器邏輯控制系統而言，PLC編程較為簡單且功能全面，具有良好的適應性。同時，PLC具有較好的抗干擾性能，控制故障發生率較低。在加熱爐運行過程中，裝出料、測量及管材等信息數據均可通過PLC及二級計算機系統進行控制，從而實現計算機自動化操作。

3.2 網絡信息技術

近年來，網絡信息技術的不斷成熟為加熱爐自動控制提供了有力的支持。利用網絡信息技術，一方面能夠實現信息資源共享。不同的加熱爐通過網絡進行信息數據交互，可實現動態協調，有利于提升生產效率。同時，利用網絡信息技術可實現多機處理，即便某一臺設備出現故障，其他設備依然能夠保持獨立、穩定的運行狀態，有利于提升整個生產系統的安全性。另一方面，通過通信網絡能夠及時反饋電氣自動系統運行狀態信息，一旦出現故障，可立即處理，避免故障擴散。

3.3 數字傳動技術

數字傳動系統硬件電路標準化程度較高，且制作成本較低，運行過程中不會受器件溫度漂移影響。同時，數字傳動系統控制關鍵可進行復雜運算與邏輯判斷，可實現非線性、自適應、智能化控制，具有典型的數字化及離散化特征。目前，數字化可控硅整流裝置及交流逆變裝置已經完全替代了傳統模擬控制的交/直流供電裝置，大幅度提升了加熱爐生產效率。

4 結語

加熱爐電氣自動控制技術的不斷發展，為加熱爐安全、穩定運行提供了可靠的技術保障。要進一步提升加熱爐自動化控制水平，不僅要關注工藝、設備等要素，還要重視加熱爐運行環境、生產流程，從而對加熱爐自動控制技術進行針對性優化，實現節能減耗。

參考文獻：

[1]李健鋒.工業加熱爐電氣自動控制技術的發展現狀[J].山東工業技術，2016（22）：27.

[2]岳忠.步進式加熱爐電氣控制方式的研究與應用[J].機械工程與自動化，2016（01）：181-182.