本發(fā)明涉及玄武巖高溫池窯液體的溫度控制，具體涉及一種玄武巖電助熔窯爐溫度控制系統(tǒng)與方法。

背景技術(shù)：

玄武巖連續(xù)纖維是以玄武巖礦石為原料，在1450℃-1500℃熔融后，通過(guò)鉑銠合金拉絲漏板高速拉制而成的連續(xù)纖維，除具有高強(qiáng)度、高模量等特點(diǎn)外，還具有耐高/低溫性、耐酸堿、抗氧化、抗輻射、絕熱隔音、防火阻燃等優(yōu)異性能，因此，玄武巖纖維可以廣泛應(yīng)用于消防、環(huán)保、航空航天、軍工、汽車船舶制造、工程塑料及建筑等領(lǐng)域。

玄武巖纖維的生產(chǎn)是熔化、拉絲的連續(xù)作業(yè)過(guò)程，玄武巖礦石原料熔化的好壞直接影響玄武巖拉絲作業(yè)，由于玄武巖的難熔、粘度大，目前廣泛采用鉬電極作為電窯爐的電極，鉬電極可以承受1～3A/cm²的電流密度，通過(guò)對(duì)溶液進(jìn)行電加熱使溫度均勻，而由于玄武巖溶液的導(dǎo)熱性極差，溶液垂直方向和水平方向的溫度差異很大而且熱量傳導(dǎo)屬于大滯后對(duì)象，根據(jù)電加熱理論可知電極產(chǎn)生的熱量80％位于電極周圍10倍半徑內(nèi)，常規(guī)的PID控制溫度時(shí)，當(dāng)溫度下降時(shí)，會(huì)增大輸出，此時(shí)由于玄武巖溶液的導(dǎo)熱性極差，因此電加熱的能量需要經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)的時(shí)間才可以傳導(dǎo)至測(cè)溫點(diǎn)，從而導(dǎo)致常規(guī)PID控制不斷增大輸出，直至調(diào)到最大輸出，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的溫度傳導(dǎo)后，當(dāng)測(cè)溫點(diǎn)溫度達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，PID控制器將減小輸出，此時(shí)由于玄武巖溶液的特性，溫度又需要經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)時(shí)間才可以降低，從而PID控制器又減小輸出直至調(diào)到最小輸出。經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明若想通過(guò)調(diào)整PID的參數(shù)來(lái)匹配玄武巖溶液這種特性是非常困難的，而且PID控制器的輸出會(huì)不斷的呈現(xiàn)最大最小輸出來(lái)回震蕩，因此常規(guī)的PID控制已無(wú)法較好的對(duì)玄武巖溶液的溫度進(jìn)行控制，因此本發(fā)明介紹一種溫度控制設(shè)備，對(duì)玄武巖熔爐的溶液溫度進(jìn)行控制，從而使玄武巖液體的電助熔熔化效果更好，原料均質(zhì)化更優(yōu)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種玄武巖電助熔窯爐溫度控制系統(tǒng)與方法,用于解決目前PID控制方式已無(wú)法較好的對(duì)玄武巖溶液的溫度進(jìn)行控制的技術(shù)問(wèn)題。

考慮到現(xiàn)有技術(shù)的上述問(wèn)題，根據(jù)本發(fā)明公開(kāi)的一個(gè)方面，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種玄武巖電助熔窯爐溫度控制系統(tǒng)，包括PLC控制器、智能調(diào)功器、多檔位變壓器、電極、電流互感器和熱電偶；所述電極設(shè)置于熔窯爐內(nèi)；所述熱電偶插入熔窯爐內(nèi)的玄武巖溶液內(nèi)，用于采集玄武巖溶液溫度；所述電極與所述多檔位變壓器電連接；所述電流互感器安裝在多檔位變壓器的二次側(cè)，用于對(duì)多檔位變壓器二次側(cè)電流進(jìn)行采樣；所述PLC控制器分別與所述智能調(diào)功器、電流互感器和熱電偶電連接，所述智能調(diào)功器分別與多檔位變壓器和電流互感器電連接。

為了更好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，進(jìn)一步的技術(shù)方案是：

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，包括溫度環(huán)控制模式和電流環(huán)控制模式，所述電流環(huán)控制模式是通過(guò)智能調(diào)功器、多檔位變壓器、2根電極和電流互感器形成電流環(huán)，所述溫度環(huán)控制模式是通過(guò)PLC控制器、智能調(diào)功器、多檔位變壓器、2根電極、電流互感器、玄武巖溶液和熱電偶形成溫度環(huán)，其電流環(huán)控制模式為：在不考慮玄武巖溶液溫度的情況下，使通過(guò)2根電極的電流恒定，通過(guò)智能調(diào)功器對(duì)其進(jìn)行控制；所述溫度環(huán)控制模式為：在電流環(huán)控制模式的基礎(chǔ)上，PLC控制器使用公式算法對(duì)玄武巖溶液的溫度進(jìn)行控制，PLC控制器通過(guò)熱電偶采集的溫度對(duì)比，控制智能調(diào)功器的設(shè)定電流，智能調(diào)功器根據(jù)新的設(shè)定電流調(diào)整多檔位變壓器的電壓，從而控制2根電極之間的電壓，最后達(dá)到2根電極之間的電流等于智能調(diào)功器的設(shè)定電流，最終達(dá)到調(diào)整玄武巖溶液的溫度等于設(shè)定溫度。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案，在溫度環(huán)控制模式下，所述智能調(diào)功器控制的電流：

其中，I——電流設(shè)定；

C——玄武巖溶液比熱；

W——電極插入深度/寬度；

L——電極間的間距；

Q——漏板流量；

T1——溶液溫度；

T2——漏板溫度；

P(T1)——電阻率；

H——溶液高度；

b——修正系數(shù)。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案，修正系數(shù)b綜合了煙氣溫度和窯爐外殼溫度因素,具體公式為b＝C2*1.1*Q2*T3+Aw*Tw*ɑw(其中C2為煙氣體積比熱，Q2為天然氣流量，T3為煙氣溫度，Aw為窯爐外殼面積，Tw為窯爐外殼表面溫度，ɑw為散熱系數(shù))。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案，修正系數(shù)b的求解：在窯爐單獨(dú)使用電流環(huán)進(jìn)行控制的時(shí)候且玄武巖溶液液體溫度半個(gè)小時(shí)內(nèi)未發(fā)生波動(dòng)時(shí)，將已知量設(shè)定電流I、玄武巖溶液比熱C、電極插入深度/寬度W、電極間的間距L、漏板流量Q、溶液溫度T1、漏板溫度T2、電阻率P(T1)、溶液高度H代入權(quán)利要求3中的公式中求得修正系數(shù)b；當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)溫度環(huán)控制時(shí)使用此修正系數(shù)b對(duì)新的設(shè)定電流I進(jìn)行計(jì)算，修正系數(shù)b為一個(gè)常數(shù)。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案，所述電極為鉬電極,電極采用鉬含量大于99.93％，含碳量小于0.002％的棒狀鉬電極。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案，所述多檔位變壓器提供200V、160V、100V三種電壓。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案，所述智能調(diào)功器具有過(guò)流保護(hù)模塊、過(guò)壓報(bào)警模塊、過(guò)熱保護(hù)模塊、SCR故障報(bào)警模塊、負(fù)載斷線報(bào)警模塊。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案，所述PLC控制器為工業(yè)級(jí)PLC。

本發(fā)明還可以是：

一種玄武巖電助熔窯爐溫度控制方法，包括以下步驟：

步驟一、烘爐：

在窯爐建成后，需要對(duì)窯爐進(jìn)行烘爐，在烘爐階段電極不插入窯爐，使用天然氣對(duì)窯爐進(jìn)行加熱升溫，使窯爐的耐火材料溫度緩慢上升而不產(chǎn)生斷裂變形；

步驟二、加原料和推進(jìn)電極：

窯爐烘爐完成后，進(jìn)行加料，隨著加料的進(jìn)行，玄武巖溶液的液位不斷上升，當(dāng)上升至覆蓋電極位置后，對(duì)電極進(jìn)行推進(jìn)，推進(jìn)完成后，冷卻水套接入循環(huán)冷卻水系統(tǒng)；

步驟三、溶液快速升溫：

當(dāng)電極推進(jìn)完成后，進(jìn)行電助熔加熱，此時(shí)溶液溫度較低，電阻較大，需要使用多檔變壓器的高電壓檔位進(jìn)行加熱，此時(shí)系統(tǒng)處于快速加熱狀態(tài)，溫度環(huán)處于手動(dòng)狀態(tài)，電流環(huán)處于自動(dòng)狀態(tài)，通過(guò)設(shè)置額定工作電流對(duì)溶液進(jìn)行加熱，此時(shí)由于電流環(huán)處于自動(dòng)狀態(tài)，開(kāi)始時(shí)，由于溶液電阻較大，因此智能調(diào)功器會(huì)將電壓增加至滿電壓，而電流小于額定工作電流，隨著加熱的進(jìn)行，溶液溫度的上升，電阻將變小，電流將不斷增大，當(dāng)電流超過(guò)額定電流時(shí)，智能調(diào)功器會(huì)調(diào)小多檔變壓器一次側(cè)電壓，從而保證電流的恒定，隨著溶液溫度的繼續(xù)上升，溶液電阻繼續(xù)變小，電極兩端的電壓會(huì)不斷的減小，當(dāng)減小到慢速升溫檔位以下時(shí)，再進(jìn)行下一步換檔位；

步驟四、溶液慢速升溫：

將多檔位變壓器的接法切換至慢速升溫檔位，根據(jù)溶液溫度的情況緩慢手動(dòng)增加設(shè)定電流，使溶液溫度緩慢增加，隨著溶液溫度的增加，溶液電阻會(huì)不斷變小，電極兩端的電壓也將不斷變小，當(dāng)電壓小于一設(shè)定值時(shí)，再進(jìn)行下一步換檔位；

步驟五、穩(wěn)定恒溫控制：

將多檔位變壓器切換至所述設(shè)定值的檔位，溫度環(huán)也將變?yōu)樽詣?dòng)控制，此時(shí)雙閉環(huán)控制開(kāi)始共同控制系統(tǒng)工作，根據(jù)工藝需要調(diào)整溶液設(shè)定溫度，系統(tǒng)自動(dòng)工作。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果之一是：

本發(fā)明的一種玄武巖電助熔窯爐溫度控制系統(tǒng)與方法，可使用多種數(shù)據(jù)對(duì)電流進(jìn)行設(shè)定，而不是傳統(tǒng)的單變量控制；傳統(tǒng)的單變量控制目標(biāo)只有一個(gè)變量，而引起這個(gè)變量的因素很多，特別是這些因數(shù)相互作用，很容易引起系統(tǒng)不能穩(wěn)定下來(lái)，根據(jù)控制理論可知，若要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定控制，必須使系統(tǒng)形成負(fù)反饋控制。而采用了雙閉環(huán)控制的目標(biāo)有2個(gè)，先穩(wěn)定住一個(gè)變量(電流，讓電流形成負(fù)反饋)，然后再對(duì)另外一個(gè)變量進(jìn)行負(fù)反饋控制(溫度)，最終實(shí)現(xiàn)溫度的控制，而且當(dāng)溫度沒(méi)法穩(wěn)定的時(shí)候可以根據(jù)需要撤去溫度環(huán)，即進(jìn)行手動(dòng)控制電流的大小，具有比單變量控制更加靈活更加可靠。(舉例說(shuō)明：當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，若是單閉環(huán)控制能做的是將系統(tǒng)切換至手動(dòng)，即保持電壓輸出不變，那么此時(shí)由于溶液電阻發(fā)生變化導(dǎo)致系統(tǒng)的電流發(fā)生變化，有可能會(huì)造成電流過(guò)大，從而造成設(shè)備的進(jìn)一步損壞；而雙閉環(huán)控制則不會(huì)發(fā)生這樣的事情，雙閉環(huán)控制切換到手動(dòng)時(shí)，可以只將溫度環(huán)斷開(kāi)，而電流環(huán)還在繼續(xù)工作，這樣溶液電阻發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)能夠自動(dòng)調(diào)整電壓，而不會(huì)造成電流過(guò)大的情況；另外一種情況是當(dāng)設(shè)備開(kāi)始升溫時(shí)，若是單閉環(huán)控制則由于系統(tǒng)還未處于穩(wěn)定狀態(tài)，需要大量熱量，此時(shí)控制器會(huì)直接將輸出電壓調(diào)節(jié)至最大狀態(tài)，這樣會(huì)對(duì)電極造成巨大的沖擊，影響電極的壽命，甚至損壞電極，同時(shí)當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定的溫度時(shí)，系統(tǒng)又會(huì)將電壓調(diào)節(jié)至最低，這樣不斷的來(lái)回調(diào)節(jié)電壓，將使電極處于不斷的冷熱沖擊中；而雙閉環(huán)則沒(méi)有此問(wèn)題，雙閉環(huán)控制可以根據(jù)電極的電流不斷調(diào)整輸出，使電極在承受范圍內(nèi)不斷的對(duì)玄武巖溶液進(jìn)行加熱，對(duì)電極沒(méi)有沖擊，不容易損壞設(shè)備，系統(tǒng)能夠更加平穩(wěn)。)因此整體來(lái)說(shuō)，雙閉環(huán)控制既能使控制快速響應(yīng)又能降低超調(diào)控制帶來(lái)的負(fù)面效果，從而能使溶液溫度快速穩(wěn)定，不會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的超調(diào)(大滯后系統(tǒng)控制特別容易帶來(lái)大超調(diào))，從而使玄武巖原料熔化更好，不易結(jié)晶，拉絲作業(yè)穩(wěn)定，提高了產(chǎn)品產(chǎn)量，減少了廢品率。

附圖說(shuō)明

為了更清楚的說(shuō)明本申請(qǐng)文件實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)的描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單的介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅是對(duì)本申請(qǐng)文件中一些實(shí)施例的參考，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的情況下，還可以根據(jù)這些附圖得到其它的附圖。

圖1為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的玄武巖電助熔窯爐溫度控制系統(tǒng)示意圖。

其中，附圖中的附圖標(biāo)記所對(duì)應(yīng)的名稱為：

1－PLC控制器，2－智能調(diào)功器，3－多檔位變壓器，4－電極，5－熔窯爐內(nèi)的玄武巖溶液，6－電流互感器，7－熱電偶。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。

在連續(xù)玄武巖纖維生產(chǎn)中，有一個(gè)工序是熔化，也即是將玄武巖原料在窯爐內(nèi)熔化成液體并流送到漏板。玄武巖液位高度的變化會(huì)隨著加料量的變化而變化,液位高度變化會(huì)引起玄武巖溶液的電阻變化，從而影響控制系統(tǒng)的電流及電加熱量，又由于玄武巖溶液的負(fù)電阻特性會(huì)使控制系統(tǒng)無(wú)法穩(wěn)定，從而造成溫度不穩(wěn)定，最后導(dǎo)致溶液溫度下降造成溶液結(jié)晶，影響產(chǎn)品質(zhì)量，影響玄武巖纖維的生產(chǎn)。

根據(jù)玄武巖樣本的電阻率-溫度曲線可以發(fā)現(xiàn)玄武巖液體的電阻為負(fù)電阻特性，它會(huì)帶來(lái)兩個(gè)問(wèn)題：其一、當(dāng)電極間電壓不變時(shí)，溫度升高會(huì)使電阻減小，而電阻減小使得電流增大，功率也會(huì)隨之增大，溫度會(huì)更高；當(dāng)反方向變化時(shí)，又會(huì)使功率減小，溫度會(huì)更低。因此這是一種典型的不穩(wěn)定平衡，也就是說(shuō)一旦外界條件使溫度平衡打破，這種平衡就會(huì)偏差越來(lái)越大，無(wú)法實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定；其二、當(dāng)熔化爐內(nèi)使用多對(duì)電極并聯(lián)時(shí)，這種負(fù)電阻特性會(huì)使熱區(qū)的電極之間電流越來(lái)越大，而較冷區(qū)的電極之間電流越來(lái)越小，不但影響工藝，無(wú)法達(dá)到均勻加熱的目的，而且還可能使熱區(qū)的重負(fù)荷電極過(guò)早損壞。

本發(fā)明采用PLC控制器+智能調(diào)功器+多檔位變壓器+鉬電極、玄武巖溶液、電流互感器、熱電偶等組成的系統(tǒng)。具體地，如圖1所示，一種玄武巖電助熔窯爐溫度控制系統(tǒng)，包括PLC控制器1、智能調(diào)功器2、多檔位變壓器3、電極4、電流互感器6和熱電偶7；所述電極4設(shè)置于熔窯爐內(nèi)；所述熱電偶7插入熔窯爐內(nèi)的玄武巖溶液5內(nèi)，用于采集玄武巖溶液溫度；所述電極4與所述多檔位變壓器3電連接；所述電流互感器6安裝在多檔位變壓器3的二次側(cè)，用于對(duì)多檔位變壓器3二次側(cè)電流進(jìn)行采樣；所述PLC控制器1分別與所述智能調(diào)功器2、電流互感器6和熱電偶7電連接，所述智能調(diào)功器2分別與多檔位變壓器3和電流互感器6電連接。所述多檔位變壓器3可以提供給次級(jí)200V、160V、100V三種電壓，分別在玄武巖熔爐快速升溫、慢速升溫、穩(wěn)定恒溫時(shí)使用，所述鉬電極使用絕緣子、軟銅電纜、冷卻水套等安裝固定在窯爐上。

本系統(tǒng)包括溫度環(huán)控制模式和電流環(huán)控制模式，控制方式采用的是雙閉環(huán)控制，同時(shí)對(duì)玄武巖溶液的溫度和通過(guò)2根電極4的電流進(jìn)行控制。其電流環(huán)控制模式為：在不考慮玄武巖溶液5溫度的情況下，使通過(guò)2根電極4的電流恒定，通過(guò)智能調(diào)功器2對(duì)其進(jìn)行控制；所述溫度環(huán)控制模式為：在電流環(huán)控制模式的基礎(chǔ)上，PLC控制器1使用公式算法對(duì)玄武巖溶液5的溫度進(jìn)行控制，PLC控制器1通過(guò)熱電偶7采集的溫度對(duì)比，控制智能調(diào)功器2的設(shè)定電流，智能調(diào)功器2根據(jù)新的設(shè)定電流調(diào)整多檔位變壓器3的電壓，從而控制2根電極4之間的電壓，最后達(dá)到2根電極4之間的電流等于智能調(diào)功器2的設(shè)定電流，最終達(dá)到調(diào)整玄武巖溶液5的溫度等于設(shè)定溫度。

電流環(huán)由智能調(diào)功器2、多檔位變壓器3、2根電極4、電流互感器6組成；溫度環(huán)由PLC控制器1、電流環(huán)(智能調(diào)功器2、多檔位變壓器3、2根電極4、電流互感器6等)、玄武巖溶液5、熱電偶7組成。

PLC控制器是工業(yè)上常用的PLC控制器，具有高可靠性、高穩(wěn)定性；溫度控制的控制算法、窯爐的液體溫度、空間溫度、煙氣溫度、鉬電極電流、鉬電極電壓等均由其完成采集、顯示和控制，是整個(gè)控制系統(tǒng)的大腦。PLC控制器優(yōu)選高可靠性高穩(wěn)定性的工業(yè)級(jí)PLC。

智能調(diào)功器為工業(yè)上普遍采用的以雙向可控硅為主要器件的調(diào)功器，型號(hào)可以采用英杰Type-p。智能調(diào)功器的主要功能是完成對(duì)鉬電極的恒流控制，通過(guò)調(diào)節(jié)鉬電極間的電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)恒定的電流，當(dāng)負(fù)載電阻變小時(shí)，負(fù)載間的電流將變大，此時(shí)智能調(diào)功器將減小負(fù)載兩端的電壓，從而減小負(fù)載的電流，反之將增大負(fù)載間的電壓，形成閉環(huán)控制，從而使得通過(guò)鉬電極之間的電流達(dá)到恒定，而不會(huì)隨溫度變化而變化。智能調(diào)功器優(yōu)選工業(yè)級(jí)智能調(diào)功器，具有過(guò)流保護(hù)、過(guò)壓報(bào)警、過(guò)熱保護(hù)、SCR故障報(bào)警、負(fù)載斷線報(bào)警等保護(hù)功能。以及智能調(diào)功器具有模擬量輸入接口，用于接受PLC控制器的控制，具有寬電源適應(yīng)范圍，且自帶風(fēng)扇冷卻和散熱片冷卻，具有繼電器輸出，用于報(bào)警信號(hào)的輸出。智能調(diào)功器還具有移相觸發(fā)、調(diào)功定周期、調(diào)功變周期、軟起軟停功能，以及具有恒電流控制功能。智能調(diào)功器能夠接阻性負(fù)載、感性負(fù)載。

多檔位變壓器的主要作用是匹配不同情況下的負(fù)載，也即匹配不同溫度下鉬電極之間的玄武巖導(dǎo)電溶液。玄武巖溶液在不同的溫度下的電阻差別很大，那么在同樣功率(由玄武巖溶液的出料量決定，也即產(chǎn)量)的情況下所需要的電壓差別也很大(由公式P＝U²/R可知)，同時(shí)電流差別也很大，若變壓器不做成多檔位，則變壓器需要做成最大電壓檔位。那么一次側(cè)電壓很微弱的電壓變化則會(huì)引起二次則電壓變化很大(為變壓器扎數(shù)比的倍數(shù))，輸出功率因此也變化很大，從而使得玄武巖液體的溫度發(fā)生震蕩，對(duì)于控制系統(tǒng)的穩(wěn)定控制非常不利，而采用多檔位的變壓器則可以解決不同階段的電阻匹配，當(dāng)電阻大時(shí)使用大電壓檔位，使得玄武巖溶液能有效的得到加熱；當(dāng)電阻小時(shí)使用小電壓檔位，使得玄武巖溶液能緩慢的進(jìn)行加熱，可以進(jìn)行微調(diào)，使得系統(tǒng)的控制精度能夠得到保證。同時(shí)還可以使一次側(cè)與二次側(cè)電氣完全絕緣，也使該回路隔離，同時(shí)利用其鐵芯的高頻損耗大的特點(diǎn)抑制高頻雜波傳入控制回路。

對(duì)于電極優(yōu)先采用為鉬電極，鉬電極有以下突出優(yōu)點(diǎn)：①能被玄武巖液體浸潤(rùn)，所以接觸電阻小，電極表面可以承受較高的電流密度，約1～3A/cm²,②電極的熱損失低；③機(jī)械加工方便，可螺紋連接，從而方便電極推進(jìn)。可進(jìn)一步采用鉬含量大于99.93％，碳含量小于0.002％的棒狀鉬電極。

綜上，本發(fā)明溫度控制設(shè)備采用的是雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，包括溫度環(huán)控制模式和電流環(huán)控制模式，其電流環(huán)控制模式為：在不考慮玄武巖溶液溫度的情況下，使電極的電流恒定；所述溫度環(huán)控制模式為：在電流環(huán)控制模式的基礎(chǔ)上，增加巖溶液溫度條件，通過(guò)智能調(diào)功器控制電流輸出。首先進(jìn)行電流閉環(huán)控制，然后進(jìn)行溫度閉環(huán)控制。在工業(yè)過(guò)程控制中溫度控制算法主要是PID控制，PID控制對(duì)于大多數(shù)溫度控制具有較好的效果，但對(duì)于玄武巖高溫溶液溫度控制是非常困難的，因此本發(fā)明是為如何構(gòu)建一個(gè)連續(xù)玄武巖纖維溶液溫度控制模型而提出的。

本發(fā)明采用的控制原理及方法：

本發(fā)明采用的雙閉環(huán)控制，內(nèi)部控制環(huán)為電流環(huán)，當(dāng)系統(tǒng)受到擾動(dòng)后，若玄武巖液體溫度上升，則玄武巖溶液的電阻會(huì)變小(溫度變高時(shí)，玄武巖溶液含有的離子會(huì)更活躍，導(dǎo)電性得到增強(qiáng)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)也證實(shí)了此變化)，則智能調(diào)功器為了維持電流不變，會(huì)自動(dòng)降低玄武巖溶液的電壓(電極兩端的電壓)，從而實(shí)現(xiàn)電流不發(fā)生變化，那么智能可控硅的輸出功率也會(huì)變小(P＝I²R)(電流不變，電阻變小，則功率變小)，外界環(huán)境的散熱未發(fā)生變化，那么玄武巖溶液得到的能量減小，根據(jù)能量守恒定律可知，對(duì)于玄武巖溶液的輸入能量減小輸出能量不變，那么玄武巖溶液的能量將減少，從而溶液溫度也將下降。簡(jiǎn)而言之當(dāng)溫度上升時(shí)，智能調(diào)功器能夠降低輸出，從而溫度又下降，形成負(fù)反饋控制，最終達(dá)到溫度恒定；同理若玄武巖液體溫度下降，則玄武巖溶液電阻會(huì)變大，則調(diào)功器的輸出功率也會(huì)變大，從而溶液溫度上升，形成負(fù)反饋控制，使得溫度最終達(dá)到恒定。此電流控制環(huán)由智能調(diào)功器來(lái)完成。

外部控制環(huán)為溫度環(huán)。當(dāng)系統(tǒng)受到擾動(dòng)后，溶液溫度會(huì)發(fā)生變化，通常的控制手段為PID控制，在玻璃纖維等窯爐都得到了很廣泛的應(yīng)用，而由于玄武巖溶液的隔熱性、比熱大、黏度大，造成電加熱功率無(wú)法有效快速的均熱至溶液中，具有超大滯后性。采用PID控制無(wú)法有效的對(duì)PID參數(shù)進(jìn)行整定，無(wú)法穩(wěn)定控制，因此本系統(tǒng)不采用傳統(tǒng)的PID控制。

溫度環(huán)在初始化的時(shí)候需要一段時(shí)間的積累數(shù)據(jù)，得到溶液溫度T1(0)(由插入玄武巖溶液的B型熱電偶采集至系統(tǒng)中)、漏板溫度T2(0)(由焊接在漏板側(cè)面的R型熱電偶采集至系統(tǒng)中)漏板流量Q(0)(由在線檢測(cè)系統(tǒng)采集至系統(tǒng)中)液位高度H(0)(由液位控制系統(tǒng)測(cè)量傳送至系統(tǒng)中)電流給定I(0)(由智能調(diào)功器設(shè)置)，在一個(gè)控制周期T后，使用公式代入新的溶液溫度T1(n)、漏板溫度T2(n)漏板流量Q(n)液位高度H(n)重新計(jì)算新的電流給定I(n)并將電流給定I(n)傳送給智能調(diào)功器，由智能調(diào)功器重新對(duì)玄武巖溶液的電流進(jìn)行閉環(huán)控制(電流環(huán))，從而調(diào)節(jié)通過(guò)電極的電流，形成電流環(huán)控制，從而達(dá)到溫度控制的目的。PLC對(duì)以上數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和計(jì)算，計(jì)算智能調(diào)功器的設(shè)定電流：

其中，I——電流設(shè)定；

C——玄武巖溶液比熱；

W——電極插入深度/寬度；

L——電極間的間距；

Q——漏板流量；

T1——溶液溫度；

T2——漏板溫度；

P(T1)——電阻率；

H——溶液高度；

b——修正系數(shù)。

修正系數(shù)b和煙氣溫度及窯爐外殼溫度有關(guān)溫度越高，此系數(shù)值越大，是同方向比例關(guān)系，即煙氣溫度變高時(shí)b需要增大，煙氣溫度變低時(shí)b需要減?。桓G爐外殼溫度變高時(shí)b需要增大，窯爐外殼溫度變低時(shí)b需要減小。當(dāng)窯爐穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)這兩者的數(shù)據(jù)變化較小，可以不調(diào)整。具體數(shù)值需要實(shí)踐中摸索，不同的爐子不一樣。

修正系數(shù)b采用燃?xì)庀牧髁縌2和煙氣溫度T3來(lái)計(jì)算損失熱量,燃?xì)庀牧恐苯記Q定燃?xì)獾娜紵裏崃?，此爐子采用的是雙熱源供熱，即燃?xì)馊紵碗娂訜?，氣候環(huán)境、季節(jié)變化等都會(huì)引起煙氣溫度和窯爐外殼溫度的變化，引起整個(gè)爐子的散熱發(fā)生變化，若引入這些數(shù)據(jù)，則可以計(jì)算出燃?xì)馊紵臒崃考案G爐的熱量損失，系統(tǒng)更容易判斷出整個(gè)爐子是熱量輸入和熱量損失，從而更好的計(jì)算電助熔的功率，更好的實(shí)現(xiàn)溫度控制，將使模型更加接近實(shí)際情況，，從而使得上述公式計(jì)算結(jié)果更加精確，使得電流控制更精準(zhǔn)；

修正系數(shù)b會(huì)受煙氣溫度和窯爐外殼溫度因素影響，但影響較小其值基本為固定的常數(shù)，具體數(shù)值需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行檢測(cè)，在窯爐單獨(dú)使用電流環(huán)進(jìn)行控制的時(shí)候且玄武巖溶液液體溫度半個(gè)小時(shí)內(nèi)未發(fā)生波動(dòng)時(shí)，將已知量設(shè)定電流I、玄武巖溶液比熱C、電極插入深度/寬度W、電極間的間距L、漏板流量Q、溶液溫度T1、漏板溫度T2、電阻率P(T1)、溶液高度H代入權(quán)利要求3中的公式中可求得修正系數(shù)b，當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)溫度環(huán)控制時(shí)使用此修正系數(shù)b來(lái)對(duì)新的設(shè)定電流I進(jìn)行計(jì)算，修正系數(shù)b為一個(gè)常數(shù)。

本發(fā)明的多對(duì)電極協(xié)同工作，多套設(shè)備協(xié)同工作，使溶液均熱性更好，使用大數(shù)據(jù)對(duì)所有電極協(xié)同控制。

本發(fā)明的玄武巖電助熔窯爐溫度控制流程如下：

步驟一、烘爐：

在窯爐建成后，需要對(duì)窯爐進(jìn)行烘爐，在烘爐階段鉬電極4不插入窯爐，使用天然氣對(duì)窯爐進(jìn)行加熱升溫，使窯爐的耐火材料溫度緩慢上升而不產(chǎn)生斷裂變形等。

步驟二、加原料和推進(jìn)鉬電極：

窯爐烘爐完成后，需要進(jìn)行加料，隨著加料的進(jìn)行，玄武巖溶液的液位不斷上升，當(dāng)上升至覆蓋鉬電極位置后，需要對(duì)鉬電極4進(jìn)行推進(jìn)，推進(jìn)完成后，冷卻水套對(duì)接入循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。

步驟三、溶液快速升溫：

當(dāng)鉬電極4推進(jìn)完成后，需要進(jìn)行電助熔加熱，此時(shí)溶液溫度較低，電阻較大，需要使用多檔變壓器3的高電壓檔位進(jìn)行加熱，此時(shí)系統(tǒng)處于快速加熱狀態(tài)(全負(fù)荷加熱)，溫度環(huán)處于手動(dòng)狀態(tài)，電流環(huán)處于自動(dòng)狀態(tài)，通過(guò)設(shè)置額定工作電流對(duì)溶液進(jìn)行加熱，此時(shí)由于電流環(huán)處于自動(dòng)狀態(tài)，開(kāi)始時(shí)，由于溶液電阻較大，因此智能調(diào)功器2會(huì)將電壓增加至滿電壓(電源電壓)，而電流還遠(yuǎn)小于額定工作電流，隨著加熱的進(jìn)行，溶液溫度的上升，電阻將變小，電流將不斷增大，當(dāng)電流超過(guò)額定電流時(shí)，智能調(diào)功器2會(huì)調(diào)小多檔變壓器3一次側(cè)電壓，從而保證電流的恒定，隨著溶液溫度的繼續(xù)升，溶液電阻繼續(xù)變小，鉬電極兩端的電壓會(huì)不斷的減小，當(dāng)減小到160V(慢速升溫檔位)以下時(shí)，我們可以進(jìn)行下一步換檔位了。

步驟四、溶液慢速升溫：

將多檔位變壓器3的接法切換至160V檔位，此時(shí)我們根據(jù)溶液溫度的情況緩慢手動(dòng)增加設(shè)定電流，使溶液溫度緩慢增加，隨著溶液溫度的增加，溶液電阻會(huì)不斷變小，鉬電極4兩端的電壓也將不斷變小，當(dāng)電壓小于100V時(shí)，我們可以進(jìn)行下一步換檔位了。

步驟五、穩(wěn)定恒溫控制：

將多檔位變壓器3的接法切換至100V檔位，此時(shí)我們將溫度環(huán)也變?yōu)樽詣?dòng)控制，此時(shí)雙閉環(huán)控制開(kāi)始共同控制系統(tǒng)工作，根據(jù)工藝需要調(diào)整溶液設(shè)定溫度，系統(tǒng)即能自動(dòng)工作了。

本說(shuō)明書中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說(shuō)明的都是與其它實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似部分相互參見(jiàn)即可。

在本說(shuō)明書中所談到的“一個(gè)實(shí)施例”、“另一個(gè)實(shí)施例”、“實(shí)施例”、等，指的是結(jié)合該實(shí)施例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)或者特點(diǎn)包括在本申請(qǐng)概括性描述的至少一個(gè)實(shí)施例中。在說(shuō)明書中多個(gè)地方出現(xiàn)同種表述不是一定指的是同一個(gè)實(shí)施例。進(jìn)一步來(lái)說(shuō)，結(jié)合任一實(shí)施例描述一個(gè)具體特征、結(jié)構(gòu)或者特點(diǎn)時(shí)，所要主張的是結(jié)合其他實(shí)施例來(lái)實(shí)現(xiàn)這種特征、結(jié)構(gòu)或者特點(diǎn)也落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。

盡管這里參照本發(fā)明的多個(gè)解釋性實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是，應(yīng)該理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以設(shè)計(jì)出很多其他的修改和實(shí)施方式，這些修改和實(shí)施方式將落在本申請(qǐng)公開(kāi)的原則范圍和精神之內(nèi)。更具體地說(shuō)，在本申請(qǐng)公開(kāi)和權(quán)利要求的范圍內(nèi)，可以對(duì)主題組合布局的組成部件和/或布局進(jìn)行多種變型和改進(jìn)。除了對(duì)組成部件和/或布局進(jìn)行的變型和改進(jìn)外，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，其他的用途也將是明顯的。