一种高温炉控制装置及控温方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种高温炉控制装置及控温方法，装置包括启/停自锁电路、移相调压模块、变压器、电流变送器、控温热电偶、高温炉控制器、触摸屏控制台，高温炉控制器包括、炉温信号调理电路、A/D1、A/D2、D/A、D/A输出驱动器、启/停控制接口、CPU、通讯接口、温升巡检接口，通过高温炉控制器连接电流变送器实时检测加热电流，调控移向调压模块，实现高温炉的合理控温，整个装置和方法具有控温安全可靠合理的特点。

A Control Device and Temperature Control Method for High Temperature Furnace

【技术实现步骤摘要】
一种高温炉控制装置及控温方法
本专利技术涉及自动化控温
，具体为一种高温热电偶检定炉的运行保护控制装置及控温方法。
技术介绍
高温热电偶检定炉(以下简称“高温炉”)主要用作检定B型热电偶、钨-铼热电偶及其它高温热电偶的温度源，其工作温度范围通常为(1100～1500)℃甚至更高。目前制作高温炉加热体的主要材料有铂铑合金丝和以二硅化钼材料制作的硅钼棒两种，它们都具有冷态电阻小，正电阻温度系数的特点,高温炉的加热体整体冷态电阻通常在(0.1～1)Ω数量级，因此高温炉的供电通常不能直接以220V电源供电，需通过变压器进行降压供电，即低电压、大电流供电，例如以硅钼棒作为加热体的高温炉，其最大加热电流通常为60A左右。目前，高温炉的控制存在的问题主要有：1.上电过程：高温炉在启动上电时通常处于冷态(室温)，此时的高温炉加热体冷态电阻通常在(0.1～1)Ω数量级，即便通过降压变压器供电，加热电流仍然容易超过高温炉加热体表面负荷的允许上限值,或超过供电线路的负荷能力,此时需要调至很低的供电电压，通常的启动方法是，首先将可调供电控制电路(如调节自耦变压器或可控硅移相角)将高温炉供电电流调至最小，然后通过微调旋钮逐渐增加加热电流，直至达到高温炉的额定加热电流。必要时，作为辅助手段，可使用变压器抽头使供电电压从最低档分级上调。上述控制无论通过人工调节或采用模拟电路辅助调节，均需人工干预，操作不当可能会永久性损坏高温炉。2.升温过程：高温炉从冷态升至1100℃左右的整个升温过程中，加热体的电阻随温度的升高而大幅度增大，加热电流减小，升温速率也随之减小，若继续使用过低的电压供电又会限制高温炉的正常升温，此时又需要不断适当增加供电电压,以保证正常的升温速率，但供电电压又不能太高，以防止加热体被烧坏。3.停炉过程：高温炉降温过程中炉膛以较快速度降温可能导致炉内处于高温的耐火部件、材料因急速降温而导致变形、裂纹等损伤等问题。
技术实现思路
本专利技术提供一种高温炉控制装置及控温方法，对高温炉进行温度控制和多重保护控制，使其整个控温过程合理、可靠、安全。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案：一种高温炉控制装置，它包括启/停自锁电路、移相调压模块、变压器、电流变送器、控温热电偶、高温炉控制器、控制台，启/停自锁电路、移相调压模块、变压器、电流变送器依次设置在高温炉的加热供电进线上；所述高温炉控制器包括炉温信号调理电路、A/D1、A/D2、D/A、D/A输出驱动器、启/停控制接口、CPU、通讯接口，所述控温热电偶的工作端置于高温炉的有效工作温区内，控温热电偶的参考端经延伸导线连接到炉温信号调理电路的输入端，炉温信号调理电路的输出端连接到所述A/D1的输入端，所述电流变送器的输入端连接到高温炉的加热供电进线，所述电流变送器的输出端连接到所述A/D2的输入端，所述D/A的输出端连接到所述D/A输出驱动器的输入端，所述D/A输出驱动器的输出端连接到所述移相调压模块的输入端,所述移相调压模块的输出端连接到所述变压器的初级回路，所述启/停控制接口的输出端连接到所述启/停自锁电路的输入端；所述A/D1的输出端、A/D2的输出端、D/A的输入端、启/停控制接口的输出端、通讯接口的输出端均连接到CPU，所述通讯接口通过RS-232口连接到控制台。控温热电偶输出的热电势信号代表高温炉有效工作区的当前温度，炉温信号调理电路、A/D1、经软件进行温标变换，得到炉温当前值。此外高温炉的炉温当前值亦可通过标准热电偶替代控温热电偶测得，或由上位机通过RS-485通讯直接下传得到。高温炉控制器还包括温升巡检接口，温升巡检接口的输入端连接多支表面温度计，所述温升巡检接口的输出端与CPU连接，所述表面温度计的感温探头被分别安装在容易发热的低压大电流电气接点部位。一种利用上述高温炉控制装置的控温方法，在高温炉的整个温度调节和控制过程中，对高温炉加热电流进行实时监测，高温炉控制器控制移向调压模块调控变压器，构成电流限制环节，确保高温炉加热电流不超过设定的加热电流上限。电流变送器的输入端连接到高温炉的加热供电进线，所述高温炉控制器通过A/D2接收电流变送器的输出信号并换算为高温炉加热电流当前值，并以内设的高温炉加热电流上限作为加热电流设定值，两者共同作为加热电流限制算法的输入，通过电流限制算法，输出控制移向调压模块，控制变压器，实现对加热电流限制输出。所述加热电流限制算法仅在加热电流超过加热电流上限值时生效。一旦加热电流超过加热电流上限值，加热电流限制算法便根据电流超过的量值及持续时间，持续输出负向变化的加热电流限制输出，该输出与所述炉温PID调节输出等叠加后形成包含电流限制的调节量，将使所述移相调压模块的输入量减小，从而将高温炉加热电流向减小的方向调整，继而维持加热电流不超过电流上限值。所述加热电流限制调节算法可以借助PI算法或其它闭环调节算法，为了实现加热电流限制功能，所述加热电流限制调节算法应使用增量调节算法；所述加热电流限制环节(算法)只能使加热电流减小，不可使加热电流增加，其调节具有单向性。如果加热电流当前值不超过内设的加热电流上限值，跳过(关闭)所述加热电流限制的调节过程，并将所述调节输出增量置零。控温方法还包括炉温测量调节方法，通过控温传感器获得炉温当前值与高温炉控制器的炉温设定值共同作为输入，通过炉温PID调节算法，输出炉温PID调节量，通过移向调压模块对变压器进行调控，控制炉温加热电流实现控温调节。炉温的调节算法并不仅限于PID调节算法,亦可使用其它调节算法。控温方法还包括上电缓启动控制方法，通过电流变送器获取电流信号，计算出上电过程中加热电流的变化速率，与内设的电流升速上限进行比较，输出控制加热电流的变化速率不超过内设的电流升速上限。一旦电流升速超过内设的电流升速上限，电流升速限制算法便根据电流升速超过的量值及持续时间，持续输出负向变化的电流升速调节输出，该输出与所所述包含电流限制的炉温调节量叠加后，将使驱动所述移相调压模块的输入量减小，从而将加热电流速率向减小的方向调整，继而维持加热电流上升速率不超过其内设上限值。在高温炉上电启动过程中，通过所述加热电流变化速率限制功能，高温炉加热电流从零开始以限定的上升速率缓慢增大，由于加热电流限制功能同时起作用，上电缓启动过程通常以高温炉电流从零开始逐渐上升，直至达到设定的电流上限，并保持该上限值。所述电流升速限制环节只会使加热电流减小，不会使加热电流增加。炉温调节、电流升速限制调节环节中，通过CPU形成最终的合成调节量，所述D/A、D/A输出驱动器将所述合成调节量转换为模拟电压驱动信号，送至所述移相调压模块的输入控制端,通过控制变压器初级的电压和电流，相应地控制变压器次级电压及流过高温炉的加热电流。控温方法还包括降温保护方法：当高温炉在高温检定点完成测量后，操作人员通过控制台或上位机，均可向高温炉控制器发送续流命令，高温炉控制器接收到续流命令后，激活降温保护任务，控制高温炉在当前加热电流的基础上，首先按规定的百分比产生一个电流突降，然后再在规定时间内，按内定的速率逐渐降低加热电流，到达规定时间后，通过启/停控制接口控制启/停自锁电路彻底切断加热电路。上述降温保护过程使得高温炉的炉温与直接断电相比，降温明显变本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高温炉控制装置，其特征是，它包括启/停自锁电路(1)、移相调压模块(2)、变压器(3)、电流变送器(4)、控温热电偶(7)、高温炉控制器(18)、控制台(20)，启/停自锁电路(1)、移相调压模块(2)、变压器(3)、电流变送器(4)依次设置在高温炉的加热供电进线上；所述高温炉控制器包括炉温信号调理电路(9)、A/D1(10)、A/D2(11)、D/A(12)、D/A输出驱动器(13)、启/停控制接口(14)、CPU(15)、通讯接口(16)，所述控温热电偶(7)的工作端置于高温炉(5)的有效工作温区内，控温热电偶(7)的参考端经延伸导线连接到炉温信号调理电路(9)的输入端，炉温信号调理电路(9)的输出端连接到所述A/D1(10)的输入端，所述电流变送器(4)的输入端连接到高温炉(5)的加热供电进线，所述电流变送器(4)的输出端连接到所述A/D2(11)的输入端，所述D/A(12)的输出端连接到所述D/A输出驱动器(13)的输入端，所述D/A输出驱动器(13)的输出端连接到所述移相调压模块(2)的输入端,所述移相调压模块(2)的输出端连接到所述变压器(3)的初级回路，所述启/停控制接口(14)的输出端连接到所述启/停自锁电路(1)的输入端；所述A/D1(10)的输出端、A/D2(11)的输出端、D/A(12)的输入端、启/停控制接口(4)的输出端、通讯接口(16)的输出端均连接到CPU(15)，所述通讯接口(16)通过RS‑232口连接到控制台(20)。...

【技术特征摘要】
2019.03.07 CN 20191017129851.一种高温炉控制装置，其特征是，它包括启/停自锁电路(1)、移相调压模块(2)、变压器(3)、电流变送器(4)、控温热电偶(7)、高温炉控制器(18)、控制台(20)，启/停自锁电路(1)、移相调压模块(2)、变压器(3)、电流变送器(4)依次设置在高温炉的加热供电进线上；所述高温炉控制器包括炉温信号调理电路(9)、A/D1(10)、A/D2(11)、D/A(12)、D/A输出驱动器(13)、启/停控制接口(14)、CPU(15)、通讯接口(16)，所述控温热电偶(7)的工作端置于高温炉(5)的有效工作温区内，控温热电偶(7)的参考端经延伸导线连接到炉温信号调理电路(9)的输入端，炉温信号调理电路(9)的输出端连接到所述A/D1(10)的输入端，所述电流变送器(4)的输入端连接到高温炉(5)的加热供电进线，所述电流变送器(4)的输出端连接到所述A/D2(11)的输入端，所述D/A(12)的输出端连接到所述D/A输出驱动器(13)的输入端，所述D/A输出驱动器(13)的输出端连接到所述移相调压模块(2)的输入端,所述移相调压模块(2)的输出端连接到所述变压器(3)的初级回路，所述启/停控制接口(14)的输出端连接到所述启/停自锁电路(1)的输入端；所述A/D1(10)的输出端、A/D2(11)的输出端、D/A(12)的输入端、启/停控制接口(4)的输出端、通讯接口(16)的输出端均连接到CPU(15)，所述通讯接口(16)通过RS-232口连接到控制台(20)。2.根据权利要求1所述的高温炉控制装置，其特征是，高温炉控制器(18)还包括温升巡检接口(17)，温升巡检接口(17)的输入端连接多支表面温度计(19)，所述温升巡检接口(17)的输出端与CPU(15)连接，所述表面温度计(19)的感温探头被分别安装在容易发热的低压大电流电气接点部位。3.一种利用上述权利要求1或2所述的高温炉控制装置的控温方法，其特征是，在高温炉的整个温度调节和控制过程中，通过电流变送器(4)对高温炉加热电流进行实时监测，经A/D2反馈给高温炉控制器(18)，高温炉控制器(18)控制移向调压模块(2)调控变压器(3)，构成电流限制环节，确保高温炉加热电流不超过设定的加热电流上限。4.根据权利要求3所述的高温炉控温方法，其特征是，电流变送器(4)的输入端连接到...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐军，梁兴忠，穆蕾，
申请(专利权)人：泰安磐然测控科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37