连续式窑炉自动升温系统研究

肖路?谭超?谢礼飞

中国电子科技集团公司第四十八研究所湖南省长沙市410000

摘要：针对连续式窑炉安装完成投入使用前需要专门配备一名对加热升温系统熟悉的人员进行升温操作以及故障处理等问题，提出了一种用于连续式窑炉的自动升温系统，对此系统的研究技术背景、目前窑炉升温技术方法中的缺点进行分析，介绍此系统的软硬件以及技术优势，以供参考。

关键词：连续式窑炉；升温技术方法；自动升温系统；软硬件；优势

1引言

连续式窑炉安装完成投入使用前，需要先烘窑并将窑炉温度升至工艺要求的温度（视产品而定，有的需升至几百度，有的需升至一千多度）。烘窑及升温过程中必须使窑内温度缓慢均匀上升，以使窑内的水份充分排干从而保证窑炉稳定性及使用寿命，此升温过程通常需要10多天。通常的做法是专门配备一名对加热升温系统熟悉的人员进行升温操作。但此法对人员的专业性要求较高，一般用户无法胜任，需窑炉厂家配备人员。且升温过程中，操作人员需时时关注设备情况，及时发现并处理故障，故此给用户及厂家造成诸多不便。

鉴于以上所述情况，推出一种用于连续式窑炉的自动升温系统。该系统可在计算机上设置好升温方案后，自动定时更改窑炉温度，并可监测窑炉在升温过程中的电压电流等数据，一旦发现异常可即时报警并做出提示。由于升温时耗电量很大，保温时耗电量小，而很多地区晚上用电比白天用电便宜很多，该系统还可根据用户要求，设置每天在固定时段(如晚上)进行升温，其余时段(白天)保温，这样可为用户节约大量成本。

2连续式窑炉自动升温系统研究技术背景

连续式窑炉安装好后，要根据产品及工艺要求将窑炉升温。为保证窑炉的稳定性及使用寿命，升温过程需使窑内温度缓慢均匀上升，一般需十多天。现通常的做法是，设备厂家配备一名专业人员天天观察窑炉情况并定时对窑炉各个温区分别进行升温操作。

3现有窑炉升温技术方法中存在的缺点

现有技术缺点：需配备专业人员多次手动对每个温区进行升温操作，人力物力成本高，人员手动操作偶尔可能会操作失误，且人员需时刻呆在车间内，对身体健康有危害。

4连续式窑炉自动升温系统软硬件及其主要优势分析

4.1连续式窑炉自动升温系统硬件

硬件部分（如图4.1所示）由工控机(1)、温控仪(2)、功率调节器(3)、加热元件(4)和热电偶(5)构成。工控机(1)按预设方案每天定时将目标温度值通过串口传给温控仪(2)；温控仪(2)将从热电偶(5)采集的实际温度值与目标温度值进行PID控制运算后，将计算结果通过4-20mA电流信号传送给功率调节器(3)；功率调节器(3)根据电流信号的大小改变输出给加热元件(4)的电压值，从而改变加热元件(4)的发热量最终改变窑炉的温度，使其达到预设的目标值；温控仪(2)和功率调节器(3)在工作时还会将温度值、电压值、电流值、报警等信息通过串口传送给工控机(1)用于数据归档分析及报警。

图4.2软件结构框图

数据采集模块(6)用于采集温控仪(2)和功率调节器(3)提供的温度、电压、电流、报警等数据，对窑炉的运行情况时行实时监测，并将数据提供给数据库模块(7)归档。

数据库模块(7)用于存贮日志信息、运行操作信息、用户权限信息、报警信息、窑炉运行数据(包括温度、功率、加热电压、电流、产量)、升温方案数据等，并将这些数据提供给数据分析管理模块(8)，数据库采用SQL数据库，具有安全稳定、易维护、易扩展、系统自动定时备份或手动备份的特点。

数据分析管理模块(8)用于将数据库内预存的升温方案的温度目标值定时通过温度控制模块(10)写入温控仪(2)，使温控仪(2)按时控制窑炉温度达到方案要求，同时数据分析管理模块(8)还会分析加热电压和加热电流，判断加热元件(4)是否损坏，若损坏即发送报警信息给报警管理模块(9)。

报警管理模块(9)用于实时监测数据采集模块(6)和数据分析管理模块(8)所传送的报警信息，以设定的报警方式进行报警，并对报警参数进行设置。当报警信号达到报警条件时，现场工控柜指示灯及声光报警器会提醒操作员解决故障，同时监控界面弹窗显示当前故障的具体信息，并记录报警信息至数据库模块(7)。

温度控制模块(10)用于处理从数据分析管理模块(8)得到的温度目标值信息，将温度目标值写入温控仪(2)中，控制窑炉内温度。

权限管理模块(11)用于对分配和监控用户的访问权限，对于用户的关键操作(如改写升温方案等)权限管理模块(11)会检查用户是否有权限，有权限则通过操作，无权限则拒绝操作。权限管理模块(11)可对登录用户进行分组管理，相同组的用户拥有相同的权限，每组用户根据操作或功能模块设置不同的权限。

4.3连续式窑炉自动升温系统自动升温流程

自动升温的预设的流程如下：已授权人员设置好升温方案后，开始自动升温，程序算出每天要升温的数值，将其等分成24份，每小时增加1份，使温度缓慢匀速增长，直到窑炉温度达到工艺曲线的要求后，停止升温。

由于升温时耗电量很大，保温时耗电量小，而很多地区晚上用电比白天用电便宜很多，也可根据用户要求将自动升温的流程更改如下：已授权人员设置好升温方案后，开始自动升温，程序算出每天要升温的数值，将其等分成12份，晚上每小时增加1份，白天保持温度不变，直到窑炉温度达到工艺曲线的要求后，停止升温。

图3自动升温流程图

4.4连续式窑炉自动升温系统优势

本发明可从计算机上设置好升温方案后，使窑炉自动按照预设方案升温，达到工艺要求。使用本发明可不必专门配备专业人员在车间值守升温，节约人力成本；可灵活配置升温方案，在电价便宜的时段升温，其余时段保温，节约物力成本；同时可避免人工手动升温可能会出现的操作失误；避免人员时刻在车间值守给身体健康带来的危害。

5结语

文章针对传统窑炉升温技术中存在的需配备专业人员多次手动对每个温区进行升温操作，人力物力成本高，人员手动操作偶尔可能会操作失误，且人员需时刻呆在车间内，对身体健康有危害等缺点，提出了一种连续式窑炉的自动升温系统，此系统不仅可以按照预设方案来进行自动升温，而且可以节省专业人员的值守，通过电价便宜时段进行升温来实现成本的降低，并且具有较高的操作准确性，不会对人员造成健康危害，表现出显著的优势，值得推广应用。

参考文献：

[1]肖路,张志伟.一种用于连续式窑炉的自动升温系统:.

[2]王菲,王超.预测控制在工业窑炉温度控制中的使用[J].科技创新与应用,2018.

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