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| 玻璃瓶退火炉的电子控制分析 |
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| 来源：中华包装瓶网 编辑：zynljh 发表时间：2008/1/29 14:11:13 |
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退火炉温度控制从常规仪表型向可编程控器型的转变 可编程控器的出现，引起了硬接线继电器控制系统的全面革新。随着可编程控器技术向过程 控制领域的扩展(在它原有的逻辑运算和顺序控制功能的基础上 ，按过程控制的特定要求提升和增加了许多功能)，使它从80年代中期开始跻身于过程控制 领域。这种情况的出现，促使退火炉温度控制从传统的常规仪表向新电子控制技术( 如可编程控器晶闸管和变频器等)转变。图7是美国波曼一电加热退火炉采用的可 编程控器温控系统原理接线图。该退火炉共有9个控制段(其构成与前述波曼常规仪表控制的退火炉相同)。图7(因文章篇幅问题。具体图表可访问徐州鸿源玻璃瓶制造公司主页)中只画出一个 加热段 (第1段)和一个冷却段(第6段)的控制电路。图7系统与图2系统具有相同的功能，然而，二者 却是基于完全不同的原理进行工作的。 图7 波曼可编程控器退火炉温控系统原理接线图 图8是该退火炉的可编程控器系统构成。主机是美国A.B(ALLEN-BRADLEY)公司PLC-5系列 可编程控器产品。它用一个处理器完成全部逻辑、顺序控制和过程控制。其CPU处理器模板 为单槽结构，构成基本系统时，只需将CPU模板插在1771通用I/O机架的最左槽，再根据需要 将I/O模板依次插入其余槽。如图8所示，在1771-A3B12槽机架内自左至右依次装有1785-L20 B处理器，1771-IXE/B热电偶输入卡(2块)，1771-IFE模拟输入卡(1块)，1771-OFE2模拟输出 卡(3块)，1771-IAD/C 数字输入卡(2块)，1771-OAD/B数字输出卡(1块)及1771-OW16/B继电 器输出卡(1块)。由于1771-A3B机架内不含电源，故在其左面还另装1771-P7电源(120/220VA C，16A)。电源与CPU用1771-CP2电缆连接。I/O模块通过I/O机架的背板与处理器通讯。与P LC-5可编程控器主机配套使用的是A.B公司的一种功能很强的工业现场加固型CRT—2711-KC 1型Panelview 1200操作员接口。波曼公司利用Panelview软件开发出针对该退火炉温控用的 软件，其新颖独特之处在于，对退火炉温控系统 的各种起动/停止操作、温度设定、PID参数更改以及报警操作等，均在“相应的操作员窗口 ”(显示画面)上按有关功能键进行。 图8 波曼电退火炉可编程控器系统构成图 画于图7的含一个加热段和一个冷却段控制的PLC-5的I/O模块与相关外部元件的连接图，用 以说明该系统怎样进行控温工作：由分别接到1771-IXE/B热电偶输入卡的#17、#18 端 子和#5、#6端子的第1加热段热电偶(1TC1.1)和第6冷却段热电偶(6TC1.6)测得退火炉温 度。温度给定值及PID参数是在操作员接口的显示画面上进行设定。PLC-5处理器通过I- O链对操作员接口读写数据。PID控制算法是用梯形图编程语言调用PLC-5指令集中的PID功能 块实现。PID运算结果，经由1771-OFE2模拟输出卡(RACKO GROUP 3)的#A、#O端输 出 4～20mA信号到晶闸管1SCR1.1的触发信号端，以调节晶闸管主回路即电加热元件的电流，经 过由另一块1771-OFE2模拟输出卡 (RACKO GROUP 4) 的#A、#O端输出4～20mA信号到M72 84A 1004型“90 控制电动机”(6CM1.1)，以 调节冷却段鼓风机风门开度。对接通电加热元件的各种必要的联锁信号，均以数字(开关)信 号形式接到I/O模块，包括：温度超限继电器1HLC1.1的输出(在温度未超过报警值时，其常 开触点闭合)接到1771-IAD/C(RACKO GROUP 6)数字输入卡的#00端，起动第1加热段鼓 风机 的交流接触器1MP1.1的辅助常开触点接到同一数字输入卡的#02端，1SS1.1速度继电 器触点接到同一输入卡的#03端，#1加热元件电源开关的辅助触点1B1.1接到同一个 数字输入卡的#01端。输入到PLC-5的这些联 锁信号借助梯形图逻辑所实现的“与”逻辑功能，与图2电路中由继电器触点串联所完成的 功能相同。另外，开动两台鼓风机的交流接触器1MP1.1和6MP1.5则是靠1771-OAD/B数字输出 卡(RACK 1 GROUP 0)的#00端和#12端输出的电压信号激磁的。 3 电子控制对退火炉节能技术的改进 玻璃瓶退火一般需要对送进退火炉的热瓶补充加热，耗用一定的能量，另外，拖动退火炉网 带 的电动机也需消耗一定的电能。因此，成功地消除热应力和减少能源消耗，是退火炉的两大 技术指标。为节省能源，退火炉制造厂家在机械构造方面采取了不少措施，如采用高绝热性 能的陶瓷纤维绝热材料和整体金属结构以减少散热损失，采用重量轻的退火炉网带和低摩擦 的 运动部件以减少退火炉传动的电能损耗等。然而，热瓶从退火炉热端向冷端移动时所带走的 相当可观的热量却不是机械构造方面的措施所能阻止的。针对这种情况，德国PENNEKAMP可 编程控器电加热退火炉编制了一个独特的“热量回收”程序(梯形图逻辑)，控制退火炉内部 的气流运动——在退火炉内部建立一个逆玻璃瓶传送方向的气流，以阻止这一部分热量的流 失，为退火炉节能技术开辟了一个新途径， 图9是一台采用此热量回收技术的德国PENNEKAMP电退火炉的设备布置图。该退火炉共 有8个控制段，前4段为加热段，第5段为过渡段(中性段)，后3段为冷却段(每段长2250mm， 退火炉总长29.8m，最宽处为6235mm，网带宽度5250mm)。它除装备了与前述波曼电退火炉一 样的基本部件——电加热元件、鼓风机之外，还有用作“热量回收”的第6段上方的排气 风机和第7、8段上方的吸气风门。靠退火炉上方循环风机的鼓风作用，吸气风门从外部 空间向炉膛吸进冷气，建立起使气流吹向热端的正压(为保证正压的建立，退火炉炉膛的冷 端出口门须尽可能关闭，高于制品5～10mm，而热端入口门开得较大，高于制品50～70m m)。通过调节排气风机的风门开度，调节吹向热端的气流量(逆向气流量)(图10)。 图9 PENNEKAMP电加热退火炉(控制段)设备布置图 对吸气风门和排气风门开度的调节，是由可编程控器输出端输出信号接通电动执行机构的 正反转回路进行的(这个电路从略)。该退火炉的可编程控器系统部件包括：PLC-5/11可编程 控器，Panelvi ew1200操作员接口，32位数字输入卡(2块)，32位数字输出卡(4块)及模拟输入卡(1块)。其 基本构成与前述波曼 系统相同(图8)，只是由于所用I/O模块的不同，热电偶毫伏信号需经专用器件转换后才接到 模拟输入卡，对晶闸管的控制信号则是来自数字输出卡的“开关”信号，而不是连续信号。 图10 PENNEKAMP电退火炉热风循环技术原理示意图 可编程控器内部的“热量回收”梯形图逻辑的基本点，是根据#1段、#5段和#8段的温 度 确定排气风门和吸气风门的开度以控制逆向气流量。例如，当#1段温度低于下限，应增加 逆向气流量(关小排气风门)，使#3、#4及#5段的热量向热端回送。当#1段温度上升 到高于下限值，而此时#3、#4及#5段的温度若仍高于上限，则应继续保持较大的逆向 气流量，以回送多余的热量(减少#1段从电加热元件吸取的热量)。至#5段温度低于下限 值时，才减少逆向气流量(开大排气风门)，以让#5段温度回升。由于#8段温度受冷端喷 涂 的温度制约需保持在一定数值，故吸气风门应随#8段温度的升降而开大或关小。而吸气风 门开度的变化又会影响到逆向气流量，故在吸气风门开度变化的同时，排气风门的开度应随 之相应变化，以保持根据#1段和#5段温度所确定的逆向气流量不变。
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