李曜旭

摘 要：随着工业生产规模的不断扩大，加热炉控制技术要求也变得愈来愈高，这为加热炉电气自动控制技术提供了发展空间。基于此，本文对加热炉电子自动控制技术进行了探讨，并提出了相关观点，以供参考。

关键词：加热炉；自动化；电气；技术

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

1 加热炉概述

在现代工业生产过程中，加热炉是不可或缺的加工设备，在很多行业当中都有着广泛的应用。加热炉主要包括连续加热炉与室式加热炉。连续加热炉运行过程中，料坯会在炉内根据轧制的节奏进行连续运动，炉气也会在炉内进行连续流动[1]。当炉料断面尺寸、产量机类型确定时，连续加热炉各部分温度并不会随时间变化而变化，只会沿长度方向发生变化；金属料的温度也不会随着时间变化而出现变化，仅沿长度方向发生变化。室式加热炉主要用于金属坯加热或锻压前加热。室式加热炉物料加热时并不会移动，并且炉内不分段，需保持炉内各处温度均匀。对于部分大型钢锭加热则采取周期性的加热方式。多数加热炉都属于高耗能窑炉，资源消耗较多，并且加热炉产生的烟气会散发出大量热量，会影响热能利用率。因此，在加热炉应用过程中需采取一定节能措施来控制能源消耗，从而提升热能利用率，降低使用成本。

2 加热炉电气自动控制技术瓶颈分析

以往加热炉控制偏重于常规燃烧控制。一般会根据加热炉实际运行状况，采取针对性措施让加热炉始终维持稳定的工况，从而实现最佳燃烧，达到节能减耗的目的。随着计算机技术及电气技术的不断成熟，为加热炉温控提供了极大的技术支持。以计算机技术来控制加热炉各段炉温，可有效提升控制精度，并可得到较为理想的物料温度，在实现最佳燃烧的同时，也能保证加热炉安全性。正是由于计算机技术与电气技术的不断发展，让加热炉自动化控制得以实现。相对于欧美发达国家而言，我国加热炉电气自动控制技术起步较晚，并且普及面较窄。部分工业生产企业尽管配备了较为先进的计算机硬件设施，但计算机主要用于简单的PID调节，只是用来替代普通测量仪表，并未将计算机的强大功能充分发挥出来。在加热炉电气自动控制技术应用过程中，还会受到一些外界因素干扰，会对系统的稳定性产生影响，一定程度上制约了控制效果[2]。在加热炉燃烧系统控制方面，主流的控制方式包括交叉燃烧控制及流量、温度串级比值控制。在加热炉稳定工作的状态下，上述两种方式能够得到较好的自动控制效果。一旦加热炉工况不够稳定，上述两种方式控制效果将大大削弱，无法实现最佳燃烧。之所以国内很多加热炉控制系统无法完全实现自动控制，主要还是受到了某些技术瓶颈限制，主要表现为以下几个方面：（1）自动控制技术无法满足工艺需求。工业生产过程中，工艺是保证产品质量、生产效率的基础。生产工艺与诸多因素相关，包括原材料、设备、操作方法等。部分加热炉自动控制技术与生产工艺格格不入，无法满足工艺需求，使得自动控制效果大大受限。（2）参数检测。要实现加热炉自动控制，需要对相关参数进行准确测定，才能保证控制过程的精确度。例如，在部分加热炉当中会利用氧化锆氧浓度仪表来检测尾气含氧量，以此来判断氧气浓度。然而氧化锆氧浓度仪表寿命并不长、维护较为困难，并且部分尾气当中含有大量杂质，会对检测结果产生影响，这也就意味着无法准确测定尾气含氧量，也就不能构成自动控制闭环，一定程度上制约了自动控制效果。（3）无法构建标准化模型实现自动化控制。加热炉运行过程中涵盖了很多未知参数，包括温度、热工状况等，并且工艺参数会出现一定程度波动，干扰因素较多，很难构建自动化控制标准模型。

3 加热炉电气自动控制主流技术分析

3.1 PLC技术

PLC（可编程逻辑控制器）是目前在加热炉自动控制过程中应用最为广泛的技术之一。PLC是一种典型的工业控制计算机，其基本结构与微型计算机相同，包括电源、CPU、存储器、输入接口电路、输出接口电路、功能模块及通信模块等。PLC工作过程主要分为三个阶段及输入采样、用户程序执行及输出刷新。输入采样阶段，PLC可通过扫描方式读取输入数据及状态，并将其存入相应单元内；用户程序执行阶段，PLC会按顺序对用户程序进行扫描，并对控制线路（由触点构成）进行逻辑运算，当获得逻辑运算结果后，会对逻辑线圈在RAM中对应的状态进行刷新；输出刷新阶段，CPU会根据I/O映像区对应的状态、数据对输出锁存电路进行刷新，然后再通过输出电路来控制外设。相对于传统继电器逻辑控制系统而言，PLC编程较为简单且功能全面，具有良好的适应性。同时，PLC具有较好的抗干扰性能，控制故障发生率较低。在加热炉运行过程中，装出料、测量及管材等信息数据均可通过PLC及二级计算机系统进行控制，从而实现计算机自动化操作。

3.2 网络信息技术

近年来，网络信息技术的不断成熟为加热炉自动控制提供了有力的支持。利用网络信息技术，一方面能够实现信息資源共享。不同的加热炉通过网络进行信息数据交互，可实现动态协调，有利于提升生产效率。同时，利用网络信息技术可实现多机处理，即便某一台设备出现故障，其他设备依然能够保持独立、稳定的运行状态，有利于提升整个生产系统的安全性。另一方面，通过通信网络能够及时反馈电气自动系统运行状态信息，一旦出现故障，可立即处理，避免故障扩散。

3.3 数字传动技术

数字传动系统硬件电路标准化程度较高，且制作成本较低，运行过程中不会受器件温度漂移影响。同时，数字传动系统控制关键可进行复杂运算与逻辑判断，可实现非线性、自适应、智能化控制，具有典型的数字化及离散化特征。目前，数字化可控硅整流装置及交流逆变装置已经完全替代了传统模拟控制的交/直流供电装置，大幅度提升了加热炉生产效率。

4 结语

加热炉电气自动控制技术的不断发展，为加热炉安全、稳定运行提供了可靠的技术保障。要进一步提升加热炉自动化控制水平，不仅要关注工艺、设备等要素，还要重视加热炉运行环境、生产流程，从而对加热炉自动控制技术进行针对性优化，实现节能减耗。

参考文献：

[1]李健锋.工业加热炉电气自动控制技术的发展现状[J].山东工业技术，2016（22）：27.

[2]岳忠.步进式加热炉电气控制方式的研究与应用[J].机械工程与自动化，2016（01）：181-182.