燃氣式工業(yè)爐溫度控制方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種燃氣式工業(yè)爐溫度控制方法及系統(tǒng)，為實現(xiàn)控制精確且節(jié)能而設計。燃氣式工業(yè)爐溫度控制方法，基于燃氣式工業(yè)爐內(nèi)溫度通過預估補償控制算法算出燒嘴的燃燒時間，并根據(jù)該燃燒時間控制燒嘴的燃燒。燃氣式工業(yè)爐溫度控制系統(tǒng)包括溫度傳感器；接收溫度信號并將溫度信號轉(zhuǎn)換成工控機可使用的信號輸出的信號轉(zhuǎn)換模塊；接收轉(zhuǎn)換模塊輸出的信號、基于檢測溫度通過預估補償控制算法計算出燒嘴在控制周期內(nèi)的燃燒比例、并基于燃燒比例計算出燒嘴的燃燒時間并輸出表示燃燒時間的時間信號的工控機；接收時間信號，并依據(jù)時間信號輸出控制信號的燒嘴控制器；以及接收控制信號并相應地動作以控制燒嘴燃燒的閥門。
【專利說明】
燃氣式工業(yè)爐溫度控制方法及系統(tǒng)
技術(shù)領域
[0001] 本發(fā)明涉及溫度控制技術(shù)領域，尤其涉及一種燃氣式工業(yè)爐溫度控制方法及系 統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 熱處理是產(chǎn)品制造全生命周期中最重要的、能耗最大的關鍵環(huán)節(jié)，也是產(chǎn)品獲得 最佳性能的關重環(huán)節(jié)，多年來一直未受到制造技術(shù)領域的重視。據(jù)統(tǒng)計，工業(yè)模具制造業(yè) 中，其產(chǎn)品100%要經(jīng)過熱處理，車輛制造業(yè)中則有70%~80%的零件要經(jīng)行熱處理工序。 考慮到節(jié)能方面，越來越多的車輛制造企業(yè)采用燃氣方式作為熱處理的能源供應。燃氣式 工業(yè)爐是車輛企業(yè)零部件熱處理最常用的設備，其溫度控制直接影響到工件的質(zhì)量及能源 消耗狀況。燃氣式工業(yè)爐爐溫影響因素很多，主要有爐體結(jié)構(gòu)設計、爐體保溫密封、熱源分 布、燃氣的壓力與熱值、測溫點布置、控制方式等。一旦爐體建造完成，則其溫度控制方法就 成了燃氣式工業(yè)爐的關鍵。目前，燃氣式工業(yè)爐溫度控制方法主要是依賴于溫控儀表或控 制電路以及燒嘴的時序控制，其主要不足是:溫控儀表或控制電路采用常規(guī)PID或智能PID 算法進行溫度控制，控制精度可以達到設計要求，但其節(jié)能效果差;其次，燒嘴的時序控制 很難與PID控制模式達到完美的協(xié)調(diào)一致;三是燒嘴火焰溫度多高于工藝(控制)溫度，目前 控制方式難以解決燒嘴與測溫點的耦合問題。其結(jié)果是燃氣式工業(yè)爐溫控的效果不理想， 控溫精度不高，其節(jié)能的效果也差。
[0003] 因此，需要一種能夠精確控制且節(jié)能的燃氣式工業(yè)爐溫度控制方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提出一種精確控制且節(jié)能的燃氣式工業(yè)爐溫度控制方法。
[0005] 為達此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0006] 本發(fā)明一方面提供一種燃氣式工業(yè)爐溫度控制方法，基于燃氣式工業(yè)爐內(nèi)溫度結(jié) 合預估補償控制算法算出燒嘴的燃燒時間，并根據(jù)該燃燒時間控制燒嘴的燃燒。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明，燃氣式工業(yè)爐溫度控制方法包括如下步驟:S1、檢測燃氣式工業(yè)爐內(nèi) 預設位置的溫度并作為檢測溫度;S2、基于檢測溫度通過預估補償控制算法計算出燒嘴在 控制周期內(nèi)的燃燒比例；S3、基于燃燒比例計算出燒嘴的燃燒時間；S4、根據(jù)燃燒時間控制 燒嘴的燃燒。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明，在步驟S1中，實時連續(xù)檢測燃氣式工業(yè)爐內(nèi)預設位置的溫度。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明，步驟S1包括如下子步驟:S1. 1、通過設置在燃氣式工業(yè)爐中的溫度傳 感器檢測燃氣式工業(yè)爐內(nèi)的溫度并輸出表示檢測溫度的溫度信號；S1.2、信號轉(zhuǎn)換模塊接 收溫度信號并將溫度信號轉(zhuǎn)換成工控機可使用的信號輸出；S1.3、工控機接收信號轉(zhuǎn)換模 塊輸出的信號；步驟S2執(zhí)行為:工控機基于檢測溫度通過預估補償控制算法計算出燒嘴在 控制周期內(nèi)的燃燒比例；步驟S3執(zhí)行為:工控機基于燃燒比例計算出燒嘴的燃燒時間并輸 出表示燃燒時間的時間信號;步驟S4執(zhí)行為:燒嘴控制器接收時間信號，并依據(jù)時間信號控 制燒嘴燃燒。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明，步驟S1還包括在步驟S1.3執(zhí)行完畢后執(zhí)行的步驟S1.4:工控機存儲 檢測溫度、和/或顯示檢測溫度、和/或繪制并顯示溫度變化曲線。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明，在步驟S4中，燒嘴控制器通過控制燃氣脈沖閥和助燃空氣電動閥來 控制燒嘴燃燒。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明，燃氣式工業(yè)爐為燃氣式推桿爐。
[0013] 本發(fā)明另一方面提供一種燃氣式工業(yè)爐溫度控制方法，包括如下步驟:a、通過設 置在燃氣式工業(yè)爐中的溫度傳感器實時連續(xù)檢測燃氣式工業(yè)爐內(nèi)的溫度并輸出表示檢測 溫度的溫度信號;b、信號轉(zhuǎn)換模塊不斷接收溫度信號并將溫度信號轉(zhuǎn)換成工控機可使用的 信號輸出；c、工控機接收轉(zhuǎn)換模塊輸出的信號，并且在工控機顯示屏上顯示檢測溫度;d、工 控機存儲檢測溫度，繪制并顯示溫度變化曲線;e、工控機基于檢測溫度通過預估補償控制 算法計算出燒嘴在控制周期內(nèi)的燃燒比例;f、工控機基于燃燒比例計算出燒嘴的燃燒時間 并輸出表示燃燒時間的時間信號;g、燒嘴控制器接收時間信號，并依據(jù)時間信號控制燒嘴 燃燒。
[0014] 本發(fā)明再一方面提供一種燃氣式工業(yè)爐溫度控制系統(tǒng)，包括:設置在燃氣式工業(yè) 爐內(nèi)以用于檢測燃氣式工業(yè)爐內(nèi)預設位置的溫度、并輸出表示檢測溫度的溫度信號的溫度 傳感器;接收溫度信號并將溫度信號轉(zhuǎn)換成工控機可使用的信號輸出的信號轉(zhuǎn)換模塊;接 收轉(zhuǎn)換模塊輸出的信號、基于檢測溫度通過預估補償控制算法計算出燒嘴在控制周期內(nèi)的 燃燒比例、基于燃燒比例計算出燒嘴的燃燒時間并輸出表示燃燒時間的時間信號的工控 機;接收時間信號、并依據(jù)時間信號輸出控制信號的燒嘴控制器；以及接收控制信號并相應 地動作以控制燒嘴燃燒的閥門；其中，溫度傳感器與信號轉(zhuǎn)換模塊之間、信號轉(zhuǎn)換模塊與工 控機之間、工控機與燒嘴控制器之間、以及燒嘴控制器與閥門之間均通訊連接。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明，閥門包括燃氣脈沖閥和助燃空氣電動閥。
[0016] 本發(fā)明的上述技術(shù)方案具有如下優(yōu)點：
[0017] 本發(fā)明的燃氣式工業(yè)爐溫度控制方法，基于燃氣式工業(yè)爐內(nèi)溫度結(jié)合預估補償控 制算法算出燒嘴的燃燒時間，并根據(jù)該燃燒時間控制燒嘴的燃燒。由此，本發(fā)明開創(chuàng)性地提 出了基于預估補償技術(shù)的燃氣式工業(yè)爐溫度控制方法，控制方法簡便靈巧，切實可行。并 且，因預估補償控制算法控制精度高，可有效抑制燒嘴開/關或大小火動作帶來的溫度沖擊 (擾動），且魯棒性好，節(jié)能效果好，所以在不改變爐體本身物理結(jié)構(gòu)的前提下燃氣式工業(yè)爐 內(nèi)溫度采用預估補償技術(shù)，控溫精度高，節(jié)能效果好，提高了燃氣式工業(yè)爐的品質(zhì)，具有很 強的普適性。
[0018] 本發(fā)明的燃氣式工業(yè)爐溫度控制方法，包括如下步驟:a、通過設置在燃氣式工業(yè) 爐中的溫度傳感器實時連續(xù)檢測燃氣式工業(yè)爐內(nèi)的溫度并輸出表示檢測溫度的溫度信號； b、信號轉(zhuǎn)換模塊不斷接收溫度信號并將溫度信號轉(zhuǎn)換成工控機可使用的信號輸出；c、工控 機接收轉(zhuǎn)換模塊輸出的信號，并且在工控機顯示屏上顯示檢測溫度;d、工控機存儲檢測溫 度，繪制并顯示溫度變化曲線；e、工控機基于檢測溫度通過預估補償控制算法計算出燒嘴 在控制周期內(nèi)的燃燒比例;f、工控機基于燃燒比例計算出燒嘴的燃燒時間并輸出表示燃燒 時間的時間信號;g、燒嘴控制器接收時間信號，并依據(jù)時間信號控制燒嘴燃燒。由此，本發(fā) 明開創(chuàng)性地提出了基于預估補償技術(shù)的燃氣式工業(yè)爐溫度控制方法，控制方法簡便靈巧， 切實可行。并且，因預估補償控制算法控制精度高，可有效抑制燒嘴開/關或大小火動作帶 來的溫度沖擊(擾動），且魯棒性好，節(jié)能效果好，所以在不改變爐體本身物理結(jié)構(gòu)的前提下 燃氣式工業(yè)爐內(nèi)溫度采用預估補償技術(shù)，控溫精度高，節(jié)能效果好，提高了燃氣式工業(yè)爐的 品質(zhì)，具有很強的普適性。此外，通過工控機能夠顯示燃氣式工業(yè)爐爐溫變化曲線。
[0019] 本發(fā)明的燃氣式工業(yè)爐溫度控制系統(tǒng)，包括設置在燃氣式工業(yè)爐內(nèi)以用于檢測燃 氣式工業(yè)爐內(nèi)預設位置并輸出表示檢測溫度的溫度信號的溫度傳感器;接收溫度信號并將 溫度信號轉(zhuǎn)換成工控機可使用的信號輸出的信號轉(zhuǎn)換模塊;接收轉(zhuǎn)換模塊輸出的信號、基 于檢測溫度通過預估補償控制算法計算出燒嘴在控制周期內(nèi)的燃燒比例、基于燃燒比例計 算出燒嘴的燃燒時間并輸出表示燃燒時間的時間信號的工控機;接收時間信號、并依據(jù)時 間信號輸出控制信號的燒嘴控制器；以及接收控制信號并相應地動作以控制燒嘴燃燒的閥 門；其中，溫度傳感器與信號轉(zhuǎn)換模塊之間、信號轉(zhuǎn)換模塊與工控機之間、工控機與燒嘴控 制器之間、以及燒嘴控制器與閥門之間均通訊連接。由此，本發(fā)明開創(chuàng)性地提出了基于預估 補償技術(shù)的燃氣式工業(yè)爐溫度控制系統(tǒng)，控制簡便靈巧，切實可行。并且，因預估補償控制 算法控制精度高，可有效抑制燒嘴開/關或大小火動作帶來的溫度沖擊(擾動），且魯棒性 好，節(jié)能效果好，所以在不改變爐體本身物理結(jié)構(gòu)的前提下燃氣式工業(yè)爐內(nèi)溫度采用預估 補償技術(shù)，控溫精度高，節(jié)能效果好，提高了燃氣式工業(yè)爐的品質(zhì)，具有很強的普適性。
【附圖說明】
[0020] 圖1是本發(fā)明【具體實施方式】提供的燃氣式工業(yè)爐溫度控制方法的原理框圖。
[0021] 圖2為本發(fā)明【具體實施方式】提供的燃氣式工業(yè)爐溫度控制系統(tǒng)的構(gòu)成圖。
【具體實施方式】
[0022] 下面結(jié)合附圖并通過【具體實施方式】來進一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0023] 實施例一
[0024] 參照圖1，在本實施例中，該燃氣式工業(yè)爐溫度控制方法，基于燃氣式工業(yè)爐內(nèi)溫 度結(jié)合預估補償控制算法（即預估補償技術(shù))算出燒嘴的燃燒時間，也就是說，在獲得燃氣 式工業(yè)爐內(nèi)溫度的情況下，基于該溫度算出燒嘴燃燒時間的過程中結(jié)合使用了預估補償控 制算法。在算出燒嘴的燃燒時間之后，根據(jù)該燃燒時間控制燒嘴的燃燒。
[0025] 其中，預估補償控制算法主要有以下部分組成：
[0026] (1)過渡單元
[0027] 根據(jù)溫度設定值VQ，安排過渡過程值^，并提取其微分信號V2。
[0028]
[0029]其中，fhan()函數(shù)為最速反饋函數(shù)，h為快速因子，Π )為控制量增益。
[0030] (2)預估單元
[0031]根據(jù)推桿爐的輸入信號u和輸出信號y預估推桿爐的狀態(tài)Z1、Z2和作用于推桿爐的 總擾動Z3。
[0032]
[0033] 其中β(η、β()2、β()3為一組參數(shù)，fal()函數(shù)為原點附近具有線性段的連續(xù)的冪次函 數(shù)，bo為補償因子，δ為線性段的區(qū)間長度。
[0034] (3)補償單元
[0035] 對誤差反饋量uo用預估值Ζ3的補償來確定最終控制輸出量u。
[0036]
[0037] 由此，本發(fā)明開創(chuàng)性地提出了基于預估補償技術(shù)的燃氣式工業(yè)爐溫度控制方法， 控制方法簡便靈巧，切實可行。并且，因預估補償控制算法控制精度高，可有效抑制燒嘴開/ 關或大小火動作帶來的溫度沖擊(擾動），且魯棒性好，節(jié)能效果好，所以在不改變爐體本身 物理結(jié)構(gòu)的前提下燃氣式工業(yè)爐內(nèi)溫度采用預估補償技術(shù)，控溫精度高，節(jié)能效果好，提高 了燃氣式工業(yè)爐的品質(zhì)，具有很強的普適性。
[0038] 進一步，繼續(xù)參照圖1，在本實施例中，燃氣式工業(yè)爐為燃氣式推桿爐，該燃氣式推 桿爐的基本情況是:推桿爐為鋼板淬火用熱處理爐，爐體尺寸為(長X寬X高）13m X 1.6m X 0.8m;爐體內(nèi)部共分布18只燒嘴，推桿軌道上2只，軌道下16只；爐膛設有4個控溫點，前三個 控溫點控制4只燒嘴，出料口控溫點控制6只燒嘴。如下，為快速介紹上述控制方法，先僅以 一個燒嘴為例，描述控制步驟。
[0039] 該燃氣式推桿爐的溫度控制方法包括如下步驟。
[0040] S1、檢測燃氣式工業(yè)爐內(nèi)預設位置(測溫點）的溫度并將該溫度作為檢測溫度。具 體步驟如下：
[0041 ] S1.1、通過設置在燃氣式工業(yè)爐中的溫度傳感器實時連續(xù)檢測燃氣式工業(yè)爐內(nèi)的 溫度（即檢測溫度)并輸出表示檢測溫度的溫度信號，在本實施例中，由于本爐加熱工藝溫 度高于1050°C，該溫度傳感器優(yōu)選為瓷套管的S型熱電偶；
[0042] S1.2、溫度信號不斷通過S型熱電偶補償導線傳入信號轉(zhuǎn)換模塊，信號轉(zhuǎn)換模塊接 收溫度信號并將溫度信號轉(zhuǎn)換成工控機可使用的信號，例如，溫度信號為電壓信號(mV)，信 號轉(zhuǎn)換模塊將該電壓信號轉(zhuǎn)換為標準信號(如電流信號(mA))之后實時將該信號輸出；
[0043] S1.3、工控機接收信號轉(zhuǎn)換模塊輸出的信號；
[0044] S1.4、工控機存儲檢測溫度、實時顯示檢測溫度，并且存儲、繪制并實時顯示溫度 變化曲線，該溫度變化曲線即爐體溫度的變化過程。
[0045] 當然，在步驟S1.4中，工控機可在存儲檢測溫度、顯示檢測溫度以及存儲、繪制并 實時顯示溫度變化曲線這些功能中選擇任意一個或多個實現(xiàn)，而不局限于全部實現(xiàn)。
[0046] 之后，執(zhí)行步驟S2,工控機基于檢測溫度通過預估補償控制算法計算出燒嘴在控 制周期內(nèi)的燃燒比例。
[0047] 然后，執(zhí)行步驟S3,基于燃燒比例計算出燒嘴的燃燒時間。具體為，工控機基于燃 燒比例計算出燒嘴的燃燒時間并通過工控機的輸出模塊輸出表示燃燒時間的時間信號。
[0048] 最后，執(zhí)行步驟S4,根據(jù)燃燒時間控制燒嘴的燃燒。具體為，燒嘴控制器接收時間 信號，并依據(jù)時間信號(該時間信號可以轉(zhuǎn)換為百分數(shù)或〇~20mA或4~20mA信號輸出，依據(jù) 燒嘴控制器類型及燒嘴類型而定。本例該信號輸出為百分數(shù))控制燒嘴燃燒，同時該輸出信 號能夠在顯示器上顯示。優(yōu)選地，燒嘴控制器通過控制燃氣脈沖閥和助燃空氣電動閥來控 制燒嘴燃燒。即，燃氣脈沖閥打開，空氣助燃電動閥開啟，點火，燒嘴燃燒，為推桿爐內(nèi)提供 熱源。燃氣脈沖閥和助燃空氣電動閥的動作時序依據(jù)燒嘴類型及工作方式而定(大/小火或 0N/0FF或連續(xù)燃燒形式）。
[0049] 然后返回步驟S1繼續(xù)向下執(zhí)行。
[0050] 在上述描述的基礎上，描述該控制方法用于多個燒嘴的情況。
[0051]圖1為單區(qū)控制原理圖，其余各區(qū)原理、硬件相同，但各區(qū)控制參數(shù)不同。整個控制 系統(tǒng)共用一套工控機、顯示器及輸入輸出電路。圖1中N為每區(qū)控制的燒嘴(燒嘴控制器)數(shù) 量，一般的，N取1~6。
[0052] S1.1、通過分布于爐頂?shù)?個測溫點的溫度傳感器實時連續(xù)檢測燃氣式工業(yè)爐內(nèi) 的溫度并輸出表示檢測溫度的溫度信號；
[0053] S1.2、所有溫度信號不斷通過S型熱電偶補償導線傳入信號轉(zhuǎn)換模塊，信號轉(zhuǎn)換模 塊接收溫度信號并將所有溫度信號轉(zhuǎn)換成工控機可使用的多個信號，之后實時將該信號輸 出；
[0054] S1.3、工控機接收信號轉(zhuǎn)換模塊輸出的多個信號；
[0055] S1.4、工控機存儲各區(qū)同步、實時的檢測溫度，實時顯示檢測溫度，并且存儲、繪制 并實時顯示溫度變化曲線，該溫度變化曲線即爐體溫度的變化過程。
[0056] S2、工控機基于每區(qū)的檢測溫度通過預估補償控制算法計算出每區(qū)燒嘴在控制周 期內(nèi)的燃燒比例。
[0057] S3、工控機基于燃燒比例計算出各個燒嘴的燃燒時間，并通過工控機的輸出模塊 向所有燒嘴控制器(本實施例中有4只或6只燒嘴控制器)輸出表示其所對應的燒嘴的燃燒 時間的時間信號。
[0058] S4、所有燒嘴控制器接收各自燒嘴所對應的時間信號，并依據(jù)時間信號控制燃氣 脈沖閥和助燃空氣電動閥的開閉，進而控制燒嘴燃燒，即，燃氣脈沖閥打開，空氣助燃電動 閥開啟，點火，燒嘴燃燒，為推桿爐內(nèi)提供熱源;同時該燃燒時間能夠在顯示器上顯示。
[0059] 然后返回步驟S1繼續(xù)向下執(zhí)行。
[0060] 由此，將該控制方法同時應用于多個燒嘴，能夠精準控制各區(qū)溫度，可有效保證推 桿爐有效加熱區(qū)的溫度均勻性，節(jié)約能源，提高工件熱處理質(zhì)量。
[0061 ] 實施例二
[0062] 在本實施例中，提供一種燃氣式工業(yè)爐溫度控制方法，該燃氣式工業(yè)爐溫度控制 方法也可參照圖1。
[0063] 具體而言，燃氣式工業(yè)爐溫度控制方法包括如下步驟：
[0064] a、通過設置在燃氣式工業(yè)爐中的溫度傳感器實時連續(xù)檢測燃氣式工業(yè)爐內(nèi)的溫 度并輸出表示檢測溫度的溫度信號;b、信號轉(zhuǎn)換模塊不斷接收溫度信號并將溫度信號轉(zhuǎn)換 成工控機可使用的信號輸出；c、工控機接收轉(zhuǎn)換模塊輸出的信號，并且在工控機顯示屏上 顯示檢測溫度;d、工控機存儲檢測溫度，繪制并顯示溫度變化曲線;e、工控機基于檢測溫度 通過預估補償控制算法（即預估補償技術(shù))計算出燒嘴在控制周期內(nèi)的燃燒比例;f、工控機 基于燃燒比例計算出燒嘴的燃燒時間并輸出表示燃燒時間的時間信號;g、燒嘴控制器接收 時間信號，并依據(jù)時間信號控制燒嘴燃燒。其中，預估補償控制算法主要有以下部分組成：
[0065] (1)過渡單元
[0066] 根據(jù)溫度設定值VQ，安排過渡過程值^，并提取其微分信號V2。
[0067]
[0068] 其中，fhan()函數(shù)為最速反饋函數(shù)，h為快速因子，Π )為控制量增益。
[0069] (2)預估單元
[0070] 根據(jù)推桿爐的輸入信號u和輸出信號y預估推桿爐的狀態(tài)Z1、Z2和作用于推桿爐的 總擾動Z3。
[0071]
[0072] 其中β(η、β()2、β()3為一組參數(shù)，fal()函數(shù)為原點附近具有線性段的連續(xù)的冪次函 數(shù)，bo為補償因子，δ為線性段的區(qū)間長度。
[0073] (3)補償單元
[0074] 對誤差反饋量uo用預估值Ζ3的補償來確定最終控制輸出量u。
[0075]
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[0076] 由此，本發(fā)明開創(chuàng)性地提出了基于預估補償技術(shù)的燃氣式工業(yè)爐溫度控制方法， 控制方法簡便靈巧，切實可行。并且，因預估補償控制算法控制精度高，可有效抑制燒嘴開/ 關或大小火動作帶來的溫度沖擊(擾動），且魯棒性好，節(jié)能效果好，所以在不改變爐體本身 物理結(jié)構(gòu)的前提下燃氣式工業(yè)爐內(nèi)溫度采用預估補償技術(shù)，控溫精度高，節(jié)能效果好，提高 了燃氣式工業(yè)爐的品質(zhì)，具有很強的普適性。此外，通過工控機能夠顯示燃氣式工業(yè)爐爐溫 變化曲線。
[0077] 進一步，繼續(xù)參照圖1，在本實施例中，燃氣式工業(yè)爐為燃氣式推桿爐，該燃氣式推 桿爐的基本情況是:推桿爐為鋼板淬火用熱處理爐，爐體尺寸為(長X寬X高）13m X 1.6m X 0.8m;爐體內(nèi)部共分布18只燒嘴，推桿軌道上2只，軌道下16只；爐膛設有4個控溫點，前三個 控溫點控制4只燒嘴，出料口控溫點控制6只燒嘴。如下，為快速介紹上述控制方法，先僅以 一個燒嘴為例，描述控制步驟。
[0078] a、通過設置在燃氣式工業(yè)爐中的溫度傳感器實時連續(xù)檢測燃氣式工業(yè)爐內(nèi)（測溫 點）的溫度并輸出表示檢測溫度的溫度信號，由于本爐加熱工藝溫度高于1050°C，該溫度傳 感器優(yōu)選為瓷套管的S型熱電偶；
[0079] b、溫度信號不斷通過S型熱電偶補償導線傳入信號轉(zhuǎn)換模塊，信號轉(zhuǎn)換模塊不斷 接收溫度信號并將溫度信號轉(zhuǎn)換成工控機可使用的信號，例如，溫度信號為電壓信號(mV)， 信號轉(zhuǎn)換模塊將該電壓信號轉(zhuǎn)換為標準信號(如電流信號(mA))之后實時將該信號輸出；
[0080] C、工控機接收信號轉(zhuǎn)換模塊輸出的信號，并且在工控機顯示屏上顯示檢測溫度；
[0081] d、工控機存儲檢測溫度，繪制、存儲并顯示溫度變化曲線，該溫度變化曲線即爐體 溫度的變化過程；
[0082] e、工控機基于檢測溫度通過預估補償控制算法計算出燒嘴在控制周期內(nèi)的燃燒 比例；
[0083] f、工控機基于燃燒比例計算出燒嘴的燃燒時間并輸出表示燃燒時間的時間信號；
[0084] g、燒嘴控制器接收時間信號，并依據(jù)時間信號(該時間信號可以轉(zhuǎn)換為百分數(shù)或0 ~20mA或4~20mA信號輸出，依據(jù)燒嘴控制器類型及燒嘴類型而定。本例該信號輸出為百分 數(shù))控制燒嘴燃燒，同時該輸出信號能夠在顯示器上顯示。優(yōu)選地，燒嘴控制器通過控制燃 氣脈沖閥和助燃空氣電動閥來控制燒嘴燃燒，即燃氣脈沖閥打開，空氣助燃電動閥開啟，點 火，燒嘴燃燒，為推桿爐內(nèi)提供熱源。燃氣脈沖閥和助燃空氣電動閥的動作時序依據(jù)燒嘴類 型及工作方式而定(大/小火或0N/0FF或連續(xù)燃燒形式）。
[0085]然后返回步驟a繼續(xù)向下執(zhí)行。
[0086]在上述描述的基礎上，描述該控制方法用于多個燒嘴的情況。
[0087]圖1為單區(qū)控制原理圖，其余各區(qū)原理、硬件相同，但各區(qū)控制參數(shù)不同。整個控制 系統(tǒng)共用一套工控機、顯示器及輸入輸出電路。圖1中N為每區(qū)控制的燒嘴(燒嘴控制器)數(shù) 量，一般的，N取1~6。
[0088] a、通過分布于爐頂?shù)?個測溫點的溫度傳感器實時連續(xù)檢測燃氣式工業(yè)爐內(nèi)的溫 度并輸出表示檢測溫度的溫度信號；
[0089] b、所有溫度信號不斷通過S型熱電偶補償導線傳入信號轉(zhuǎn)換模塊，信號轉(zhuǎn)換模塊 不斷接收溫度信號并將溫度信號轉(zhuǎn)換成工控機可使用的信號，之后實時將該信號輸出；
[0090] C、工控機接收轉(zhuǎn)換模塊輸出的信號，并且在工控機顯示屏上同步、實時顯示各區(qū) 檢測溫度；
[0091] d、工控機存儲各區(qū)的檢測溫度，繪制、存儲并顯示溫度變化曲線，該溫度變化曲線 即爐體溫度的變化過程；
[0092] e、工控機基于每區(qū)的檢測溫度通過預估補償控制算法計算出每區(qū)燒嘴在控制周 期內(nèi)的燃燒比例；
[0093] f、工控機基于燃燒比例計算出各個燒嘴的燃燒時間，并通過工控機的輸出模塊向 所有燒嘴控制器(本實施例中有4只或6只燒嘴控制器)輸出表示其所對應的燒嘴的燃燒時 間的時間信號；
[0094] g、所有燒嘴控制器接收各自燒嘴所對應的時間信號，并依據(jù)時間信號控制燃氣脈 沖閥和助燃空氣電動閥的開閉，進而控制燒嘴燃燒，即，燃氣脈沖閥打開，空氣助燃電動閥 開啟，點火，燒嘴燃燒，為推桿爐內(nèi)提供熱源;同時該燃燒時間能夠在顯示器上顯示。
[0095]然后返回步驟a繼續(xù)向下執(zhí)行。
[0096]由此，將該控制方法同時應用于多個燒嘴，能夠精準控制各區(qū)溫度，可有效保證推 桿爐有效加熱區(qū)的溫度均勻性，節(jié)約能源，提高工件熱處理質(zhì)量。
[0097] 實施例三
[0098] 參照圖2,在本實施例中，提供一種燃氣式工業(yè)爐溫度控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括溫度 傳感器、信號轉(zhuǎn)換模塊、工控機、燒嘴控制器、以及閥門。其中，溫度傳感器設置在燃氣式工 業(yè)爐內(nèi)，用于檢測燃氣式工業(yè)爐內(nèi)預設位置的溫度（即獲得檢測溫度)并輸出表示檢測溫度 的溫度信號;信號轉(zhuǎn)換模塊與溫度傳感器之間通訊連接，信號轉(zhuǎn)換模塊接收溫度信號并將 溫度信號轉(zhuǎn)換成工控機可使用的信號輸出，例如，溫度信號為電壓信號(mV)，信號轉(zhuǎn)換模塊 將該電壓信號轉(zhuǎn)換為標準信號（如電流信號(mA));工控機與信號轉(zhuǎn)換模塊之間通訊連接， 工控機接收信號轉(zhuǎn)換模塊輸出的信號、基于檢測溫度通過預估補償控制算法計算出燒嘴在 控制周期內(nèi)的燃燒比例、基于燃燒比例計算出燒嘴的燃燒時間并輸出表示燃燒時間的時間 信號;燒嘴控制器與工控機之間通訊連接，燒嘴控制器接收時間信號，并依據(jù)時間信號輸出 控制信號；閥門與燒嘴控制器之間通訊連接，閥門接收控制信號并相應地動作以控制燒嘴 燃燒。
[0099] 其中，預估補償控制算法主要有以下部分組成：
[0100] (2)過渡單元
[0101] 根據(jù)溫度設定值V0，安排過渡過程值^，并提取其微分信號V2。
[0102]
[0103]其中，fhan()函數(shù)為最速反饋函數(shù)，h為快速因子，Π)為控制量增益。
[0104] (2)預估單元
[0105] 根據(jù)推桿爐的輸入信號u和輸出信號y預估推桿爐的狀態(tài)Z1、Z2和作用于推桿爐的 總擾動Z3。
[0106]
[0107] 其中β(η、β()2、β()3為一組參數(shù)，fal()函數(shù)為原點附近具有線性段的連續(xù)的冪次函 數(shù)，bo為補償因子，δ為線性段的區(qū)間長度。
[0108] (3)補償單元
[0109] 對誤差反饋量uo用預估值Ζ3的補償來確定最終控制輸出量u。
[0110]
[0111] 由此，本發(fā)明開創(chuàng)性地提出了基于預估補償技術(shù)的燃氣式工業(yè)爐溫度控制系統(tǒng)， 控制簡便靈巧，切實可行。并且，因預估補償控制算法控制精度高，可有效抑制燒嘴開/關或 大小火動作帶來的溫度沖擊(擾動），且魯棒性好，節(jié)能效果好，所以在不改變爐體本身物理 結(jié)構(gòu)的前提下燃氣式工業(yè)爐內(nèi)溫度采用預估補償技術(shù)，控溫精度高，節(jié)能效果好，提高了燃 氣式工業(yè)爐的品質(zhì)，具有很強的普適性。
[0112] 參照圖2,在本實施例中，燃氣式工業(yè)爐為燃氣式推桿爐，該燃氣式推桿爐的基本 情況是:推桿爐為鋼板淬火用熱處理爐，爐體尺寸為(長X寬X高）13m X 1.6m X 0.8m;爐體 內(nèi)部共分布18只燒嘴，推桿軌道上2只，軌道下16只；爐膛設有4個控溫點，前三個控溫點控 制4只燒嘴，出料口控溫點控制6只燒嘴。
[0113] 在爐頂?shù)?個測溫點設置有溫度傳感器，由于本爐加熱工藝溫度高于1050°C，該溫 度傳感器優(yōu)選為瓷套管的S型熱電偶。溫度傳感器通過補償導線與信號轉(zhuǎn)換模塊連接，表示 檢測溫度的溫度信號經(jīng)補償導線進入信號轉(zhuǎn)換模塊。信號轉(zhuǎn)換模塊將溫度信號轉(zhuǎn)換成工控 機可使用的信號，例如，溫度信號為電壓信號(mV)，信號轉(zhuǎn)換模塊將該電壓信號轉(zhuǎn)換為標準 信號（如電流信號(mA))。工控機通過電路與信號轉(zhuǎn)換模塊連接，接收信號轉(zhuǎn)換模塊輸出的 信號。
[0114] 進一步，工控機顯示屏能夠同步、實時顯示各區(qū)檢測溫度。并且，工控機能夠存儲 各區(qū)的檢測溫度，繪制、存儲并顯示溫度變化曲線，該溫度變化曲線即爐體溫度的變化過 程。
[0115] 進一步，工控機能夠基于每區(qū)的檢測溫度，通過上述預估補償控制算法計算出每 區(qū)燒嘴在控制周期內(nèi)的燃燒比例，并且基于燃燒比例計算出各個燒嘴的燃燒時間，該燃燒 時間能夠在顯示器上顯示。
[0116] 更進一步，工控機內(nèi)部的輸出模塊與所有燒嘴控制器(本例中有4只或6只燒嘴控 制器)無線或有線連接，以向所有燒嘴控制器輸出表示其所對應的燒嘴的燃燒時間的時間 信號。燒嘴控制器接收各自燒嘴所對應的時間信號，并依據(jù)時間信號控制燃氣脈沖閥和助 燃空氣電動閥的開閉，進而控制燒嘴燃燒。
[0117] 上述燃氣式工業(yè)爐溫度控制系統(tǒng)能夠用于實現(xiàn)實施例一和實施例二所示出的燃 氣式工業(yè)爐溫度控制方法。
[0118] 以上結(jié)合具體實施例描述了本發(fā)明的技術(shù)原理。這些描述只是為了解釋本發(fā)明的 原理，而不能以任何方式解釋為對本發(fā)明保護范圍的限制。基于此處的解釋，本領域的技術(shù) 人員不需要付出創(chuàng)造性的勞動即可聯(lián)想到本發(fā)明的其它【具體實施方式】，這些方式都將落入 本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種燃氣式工業(yè)爐溫度控制方法，其特征在于，基于燃氣式工業(yè)爐內(nèi)溫度結(jié)合預估 補償控制算法算出燒嘴的燃燒時間，并根據(jù)該燃燒時間控制燒嘴的燃燒。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃氣式工業(yè)爐溫度控制方法，其特征在于，包括如下步驟： 51、 檢測燃氣式工業(yè)爐內(nèi)預設位置的溫度并作為檢測溫度； 52、 基于檢測溫度通過預估補償控制算法計算出燒嘴在控制周期內(nèi)的燃燒比例； 53、 基于所述燃燒比例計算出燒嘴的燃燒時間； 54、 根據(jù)所述燃燒時間控制燒嘴的燃燒。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃氣式工業(yè)爐溫度控制方法，其特征在于， 在步驟S1中，實時連續(xù)檢測燃氣式工業(yè)爐內(nèi)預設位置的溫度。4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的燃氣式工業(yè)爐溫度控制方法，其特征在于， 步驟S1包括如下子步驟： 51.1、 通過設置在所述燃氣式工業(yè)爐中的溫度傳感器檢測燃氣式工業(yè)爐內(nèi)的溫度并輸 出表示檢測溫度的溫度信號； 51.2、 信號轉(zhuǎn)換模塊接收所述溫度信號并將所述溫度信號轉(zhuǎn)換成工控機可使用的信號 輸出； 51.3、 工控機接收所述信號轉(zhuǎn)換模塊輸出的信號； 步驟S2執(zhí)行為： 所述工控機基于所述檢測溫度通過預估補償控制算法計算出燒嘴在控制周期內(nèi)的燃 燒比例； 步驟S3執(zhí)行為： 所述工控機基于所述燃燒比例計算出燒嘴的燃燒時間并輸出表示所述燃燒時間的時 間信號； 步驟S4執(zhí)行為： 燒嘴控制器接收所述時間信號，并依據(jù)所述時間信號控制燒嘴燃燒。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃氣式工業(yè)爐溫度控制方法，其特征在于， 步驟S1還包括在步驟S1.3執(zhí)行完畢后執(zhí)行的步驟S1.4: 所述工控機存儲檢測溫度、和/或顯示檢測溫度、和/或繪制并顯示溫度變化曲線。6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃氣式工業(yè)爐溫度控制方法，其特征在于， 在步驟S4中，燒嘴控制器通過控制燃氣脈沖閥和助燃空氣電動閥來控制燒嘴燃燒。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃氣式工業(yè)爐溫度控制方法，其特征在于， 所述燃氣式工業(yè)爐為燃氣式推桿爐。8. -種燃氣式工業(yè)爐溫度控制方法，其特征在于，包括如下步驟： a、 通過設置在所述燃氣式工業(yè)爐中的溫度傳感器實時連續(xù)檢測燃氣式工業(yè)爐內(nèi)的溫 度并輸出表示檢測溫度的溫度信號； b、 信號轉(zhuǎn)換模塊不斷接收所述溫度信號并將所述溫度信號轉(zhuǎn)換成工控機可使用的信 號輸出； c、 工控機接收轉(zhuǎn)換模塊輸出的信號，并且在工控機顯示屏上顯示檢測溫度； d、 所述工控機存儲檢測溫度，繪制并顯示溫度變化曲線； e、 所述工控機基于所述檢測溫度通過預估補償控制算法計算出燒嘴在控制周期內(nèi)的 燃燒比例； f、 所述工控機基于所述燃燒比例計算出燒嘴的燃燒時間并輸出表示所述燃燒時間的 時間信號； g、 燒嘴控制器接收所述時間信號，并依據(jù)所述時間信號控制燒嘴燃燒。9. 一種燃氣式工業(yè)爐溫度控制系統(tǒng)，其特征在于，包括： 設置在燃氣式工業(yè)爐內(nèi)以用于檢測燃氣式工業(yè)爐內(nèi)預設位置的溫度、并輸出表示檢測 溫度的溫度信號的溫度傳感器； 接收所述溫度信號、并將所述溫度信號轉(zhuǎn)換成工控機可使用的信號輸出的信號轉(zhuǎn)換模 塊； 接收轉(zhuǎn)換模塊輸出的信號、基于所述檢測溫度通過預估補償控制算法計算出燒嘴在控 制周期內(nèi)的燃燒比例、基于所述燃燒比例計算出燒嘴的燃燒時間并輸出表示所述燃燒時間 的時間信號的工控機； 接收所述時間信號、并依據(jù)所述時間信號輸出控制信號的燒嘴控制器；以及 接收所述控制信號并相應地動作以控制燒嘴燃燒的閥門； 其中，所述溫度傳感器與所述信號轉(zhuǎn)換模塊之間、所述信號轉(zhuǎn)換模塊與所述工控機之 間、所述工控機與所述燒嘴控制器之間、以及所述燒嘴控制器與所述閥門之間均通訊連接。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的燃氣式工業(yè)爐溫度控制系統(tǒng)，其特征在于， 所述閥門包括燃氣脈沖閥和助燃空氣電動閥。
【文檔編號】F27D21/00GK105865216SQ201610245347
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月19日
【發(fā)明人】徐新樂, 施建華, 張志明, 劉濱, 趙鈺輝, 蘇震, 王克偉, 孫林, 王以琦, 李宏周, 馬丹, 彭光宇, 孫波
【申請人】中國兵器工業(yè)新技術(shù)推廣研究所