专利名称：加热炉给风控制设备及其方法
技术领域：
本发明涉及加热炉控制设备和方法，更具体地讲，涉及一种成本低廉、操作简单、 稳定性高的加热炉给风控制设备及其方法。
背景技术：
传统的加热炉风机变频器一般通过模拟电位计进行调速，从而调节风压。然而，由 于加热炉在加热钢坯过程中对风压及风量有着严格的要求，因此风压的稳定不仅影响加热 钢坯的质量，更对加热炉的安全运行产生直接影响，严重者会产生爆炸的现象。因为不同钢 种所需的空燃比不相同，而供给加热炉的煤气质量又很难保持稳定，所以需要根据钢种和 煤气质量频繁地调节风量。一般情况下，钢厂每个班次都要调节5 8次风量。另一方面， 模拟电位计由于本身结构及产品质量等原因，不能经常地旋转调速，容易损坏，对加热炉的 稳定运行及安全产生了重大隐患。
为了克服现有技术的上述缺陷和不足，需要提供一种可靠性高的加热炉给风控制 设备。发明内容
本发明的目的在于提供一种成本低廉、操作简单、稳定性高的加热炉给风控制设 备及其方法。
本发明的另一目的在于提供一种能够实现远程/近程控制的加热炉给风控制设 备及其方法。
根据本发明的一方面，提供了一种加热炉给风控制设备，包括编码器，安装在操 作室的配电箱内，由加热工根据加热炉的温度反馈进行顺时针或者逆时针旋转；可编程控 制器(PLC)，安装在配电室内，对编码器的旋转进行计数，以预定中断周期计算计数值变化 量，并基于计数值变化量的累加值进行控制操作；PLC扩展模块，具有两个模拟量输出通 道，在PLC的控制下，通过一个模拟量输出通道输出与计数值变化量的累加值相应的电流 信号，并通过另一个模拟量输出通道输出与计数值变化量的累加值相应的电压信号；电流 分配器，将电流信号分配为两路；第一变频器，从电流分配器接收一路电流信号，将所述电 流信号转换为频率控制信号，并将所述频率控制信号输出到加热炉风机，以调整加热炉风 机的转速。
根据本发明的另一方面，提供了一种加热炉给风控制方法，包括以下步骤由加热 工根据加热炉的温度反馈顺时针或者逆时针旋转编码器；通过可编程控制器PLC对编码器 的旋转进行计数，以预定中断周期计算计数值变化量，并基于计数值变化量的累加值进行 控制操作；在PLC的控制下，通过PLC扩展模块输出与计数值变化量的累加值相应的电流信 号；第一变频器通过电流分配器接收所述电流控制信号，将所述电流信号转换为频率控制 信号，并将频率控制信号输出到加热炉风机，以调整加热炉风机的转速。
根据本发明的加热炉给风控制设备及其方法，至少可以实现以下优点(1)稳定性高，编码器本身的制造工艺决定其作为旋转器件代替模拟电位计更加稳定可靠，几乎不 会损坏；(2)操作简单，只需人工旋转编码器；(3)成本低，只需要少量电子器件；(4)效率 高，效果明显，能够提高加热效率50%，提高整线作业效率15%，从而大幅度降低操作工的 劳动强度，消除近距离高温操作加热炉带来得各种危害。
通过下面结合附图对实施例进行的描述，本发明的这些和/或其他方面和优点将 会变得清楚和更易于理解，其中
图1是示出根据本发明实施例的加热炉给风控制设备的示意性框图2是示出根据本发明实施例的加热炉给风控制设备详细电路图3是示出根据本发明实施例的加热炉给风控制设备的可编程控制器的定时中 断子程序的示意图4是示出根据本发明实施例的加热炉给风控制方法的流程图5是示出根据本发明实施例的图4所示的加热炉给风控制方法中进行控制操作 以输出电流控制信号的详细流程图。
具体实施方式
现在对本发明实施例进行详细的描述，其示例表示在附图中，其中，相同的标号始 终表示相同的部件。下面通过参照附图对实施例进行描述以解释本发明。
图1是示出根据本发明实施例的加热炉给风控制设备的示意性框图。
参照图1，根据本发明实施例的加热炉给风控制设备包括编码器10、可编程控制 器(PLC) 20、PLC扩展模块30、电流分配器40和第一变频器50。此外，根据本发明实施例的 加热炉给风控制设备还可以包括作为备用变频器的第二变频器60。
编码器10可安装在操作室的配电箱内，固定在加热工易于旋转的部位。加热工可 以根据加热炉的温度反馈，顺时针或者逆时针旋转编码器10。编码器10通过屏蔽控制电缆 线连接到位于配电室内的PLC 20。
PLC 20可安装在配电室内，例如，安装在位于配电室内的第一变频器50的背面下 部。PLC 20可选用S7-200 CPU2M。编码器10的A、B脉冲接入PLC 20的高速计数端子 10. 1、10.0，通过PLC 20内部的高速计数器HSCO进行计数。PLC 20中包括变量存储器，用 于存储计数值变化量的累加值。此外，PLC 20上设置有变频器切换开关，用于在第一变频 器50和第二变频器60之间进行切换，以使第一变频器50和第二变频器60中的一个处于 工作状态，从而输出频率控制信号，以调整风机的转速。另一方面，PLC 20上还设置有远近 控制切换开关，用于选择操作室远程控制和配电室近程控制中的一种，从而实现加热炉给 风控制设备的远程/近程控制。
PLC 20外接一个PLC扩展模块30 (EM232)。PLC扩展模块30具有模拟量输出通道 1和模拟量输出通道2。模拟量输出通道1可将PLC 20根据计数值变化量的累加值确定的 控制信号(电流信号)输出到电流分配器40 ；模拟量输出通道2可将PLC 20根据计数值 变化量的累加值确定的控制信号(电压信号)输出到一个电压表上，供调试及检修时观察 使用。
电流分配器40将来自模拟量输出通道1的控制信号分配为两路信号，一路输出到 第一变频器50的给定端子，另一路输出到第二变频器60的给定端子。第一变频器50和第 二变频器60可将与所述电流信号相应的频率控制信号输出到加热炉风机，从而调整加热 炉风机的转速。本领域技术人员可以根据实际需要选择现有技术的任意型号的变频器，因 此本发明将省略对变频器的详细描述。
图2是示出根据本发明实施例的加热炉给风控制设备详细电路图，其中，省略了 第一变频器50和第二变频器60 ；图3是示出根据本发明实施例的加热炉给风控制设备的 PLC 20的定时中断子程序的示意图。下面参照图2和图3对根据本发明实施例的加热炉给 风控制设备的操作进行详细描述。
参照图2和图3，PLC 20的各端子连接的电子器件含义如下SA1为远近控制切换 开关、SA2为变频器切换开关；1QA、1TA、1FA分别为近程控制启动、暂停、复位按钮；ΚΙ、K2、 K3分别为远程控制启动、暂停、复位开关；K4为第一变频器故障开关；K5为第二变频器故障 开关；K6、K7、K11为第一变频器控制端子开关(第一变频器启动、暂停、复位开关)；Κ8、Κ9、 Κ12为第二变频器控制端子开关(第二变频器启动、暂停、复位开关)；HDl为第一变频器运 行指示灯；HD2为第一变频器故障指示灯；HD3为第二变频器运行指示灯；HD4为第二变频 器故障指示灯。此外，图2中示出了供给PLC20的直流稳压电源VC，其中，L端子接交流电 源的相线，N端子接交流电源的零线，PM端子为直流电源的输出正极，M端子为直流电源的 输出负极。PLC扩展模块的Μ0、Ι0端子构成模拟量输出通道1，Μ1、Ι1端子构成模拟量输出 通道2。电流分配器40的Α1、Β1端子连接到第一变频器50，Α2、Β2端子连接到第二变频器 60，用于输出频率控制信号。
PLC 20通过高速计数器HSCO对编码器10的旋转脉冲进行计数，其中，编码器10 的A脉冲接入PLC 20的10. 1端子，B脉冲接入PLC 20的10. 0端子，从而使加热工旋转编 码器时能够顺时针增加计数值，逆时针减小计数值。
PLC 20以预定的中断周期扫描中断子程序INTO，以便采集高速计数器HSCO的计 数值，从而计算计数值变化量。变量存储器在PLC 20的控制下，以预定方式更新其中存储 的计数值变化量的累加值，最终PLC 20将所述累加值转换为模拟量输出通道1输出的控制 信号(电流信号)。作为示例，中断周期可以为100ms。
具体地讲，当加热工需要增加加热炉风机的风压时，可以顺时针旋转编码器。这 时，如果扫描中断子程序INTO并确定编码器计数值变化量大于或等于第一阈值(作为示 例，第一阈值可以为20)，则变量存储器增加预定量(作为示例，预定量可以为20)。当加热 工需要减小风压时，可以逆时针旋转编码器。这时，如果扫描中断子程序INTO并确定编码 器计数值变化量大于或等于所述第一阈值，则变量存储器减少所述预定量。通过这种方式， PLC 20基于变量存储器的计数值变化量的累加值进行控制操作，以通过PLC扩展模块的模 拟量输出通道1输出与计数值变化量的累加值对应的控制信号(电流信号)。电流信号通 过电流分配器40提供给第一变频器50或第二变频器60，第一变频器50或第二变频器60 输出与电流信号对应的频率控制信号，以调整加热炉风机的转速。计数值变化量的最大累 加值(作为示例，最大累加值可以为30000)对应于风机的最高频率，在一个实施例中，风机 的最高频率可等于50Hz。当变量存储器的累加值大于或等于30000时，PLC 20将模拟量输 出通道1的输出值(即，电流信号)锁定在20mA(对应于风机的最高频率50Hz)不再增加。6这时，变量存储器的累加值保持为最大累加值。也就是说，第一变频器50或第二变频器60 输出的频率控制信号将保持风机的最高频率不变。
因此，在中断周期为100ms、第一阈值为20、预定量可以为20、最大累加值为 30000、风机的最高频率为50Hz的情况下，定时中断子程序INTO可保证风机频率按给定的 斜率变化，如以下公式所示
(30000/20) X 100ms = 150s
50Hz/150s ^ 0. 3Hz/s。
由此可知，即使加热工旋转编码器比较快，风机频率还是按照大约0. 3Hz/s的变 化率递增或递减。因此，可以使风机频率按照一定的斜坡增加或减小，从而风机能够缓慢平 滑地启动。
另一方面，如果计数值变化量小于第一阈值并且大于第二阈值(作为示例，第二 阈值可以为2)，则变量存储器的累加值将保持不变，从而模拟量输出通道1的输出的电流 信号也保持不变。也就是说，第一变频器50或第二变频器60输出的频率控制信号将保持 风机的当前频率不变。
另一方面，如果计数值变化量小于或等于第二阈值，则可以认为编码器10已处于 不操作的状态。这时，PLC 20将高速计数器HSCO清零，而变量存储器中的计数值变化量的 累加值保持不变。这样，即使编码器10被拆除，PLC20还是根据最后的累加值进行控制操 作，从而模拟量输出通道1输出与最后的累加值对应的电流信号。此时，第一变频器50或 第二变频器60输出的频率控制信号将保持风机的当前频率不变。因此，能够有效避免了编 码器的干扰导致的误计数，提高编码器的防干扰能力。
以下详细描述中断子程序INTO。
在步骤S11，将上次中断周期存入MD20中的计数值传送到MDM中。在步骤S12， 将当前中断周期的高速计数器HSCO的计数值HCO传送到MD20中。在步骤S21，将两次中断 周期的计数器值相减，从而PLC 20的主程序可对差值进行处理。在步骤S31，如果给定值大 于当前实际输出值，则实际输出值继续增加计数。这里，给定值是指给变频器提供的设定频 率值；实际输出值是指实际供给变频器的频率值。给定值相当于期望值，实际输出值相当于 结果值。在步骤S41，如果给定值小于当前实际输出值，则实际输出值减少计数。
在图3中，MD20与MDM分别指示定时中断子程序中相邻前后两个扫描周期的高 速计数器值，正是通过其差值MD^来判断高速计数值的变化量。在主程序中可对差值进行 以下处理
当IM拟8 I >=20时，变量存储器VW12进行累加计数，计数值传送到模拟量输出 通道1以提供频率控制信号；当2 < |MD28 < 20时，变量存储器VW12值不变，模拟量输出 通道1的输出不变，从而频率控制信号保持不变；当Imd^I <= 2时，认为高速计数器处于 静止状态，对高速计数器进行清零，模拟量输出通道1输出不变，从而频率控制信号保持不变。
根据本发明实施例，变量存储器设置有断电保持功能。当PLC 20由于检修等原因 需要停电，重新上电以后，变量存储器中的值(计数器变化量的累加值)保持为停电前的值 不变，因此对应的模拟量输出通道1的输出不变，从而频率控制信号保持不变。
另一方面，模拟量输出通道2将控制信号(电压信号)输出到加热炉操作室的电压表，从而直接反应旋转编码器对应风机频率的当前设定值，即，没经过斜率函数处理的当 前值，供调试和检修时参照使用。
根据本发明实施例，加热炉给风控制设备具有远程/近程控制功能。具体地讲，可 通过连接到PLC 20的远近控制切换开关进行远近控切换。所述远近控制切换开关可设置 在配电室内。当远近控制切换开关位于远控位置时，加热炉操作室内的编码器10、远程控 制启动开关Kl有效，当远近控制切换开关位于近控位置时，配电室内设置的传统模拟电位 计、近程控制启动IQA有效。无论远近控制切换开关位于何处，操作室和配电室内的远程控 制暂停开关K2和近程控制暂停开关ITA以及远程控制复位开关K3和近程控制IFA复位开 关都有效。此外，在加热炉给风控制设备运行时可在远程控制和近程控制之间进行实时切 换，而不影响第一变频器(第二变频器)的运行。
图4是示出根据本发明实施例的加热炉给风控制方法的流程图。
参照图4，在步骤S401，加热工根据加热炉的温度反馈，顺时针或者逆时针旋转编 码器10。在步骤S402，PLC 20对编码器20的旋转进行计数，以预定中断周期计算计数值 变化量的累加值，并基于计数值变化量的累加值进行相应的控制操作，在步骤S403，PLC 20 控制PLC扩展模块30输出电流控制信号。在步骤S404，第一变频器50或第二变频器60通 过电流分配器40接收所述电流控制信号，将所述电流控制信号转换为相应的频率控制信 号，并将频率控制信号输出到加热炉风机，从而加热炉风机根据所述频率控制信号调整其 转速。
图5是示出根据本发明实施例的图4所示的加热炉给风控制方法中进行控制操作 以输出电流控制信号的详细流程图。
参照图5，在步骤S501，PLC 20的高速计数器HSCO对编码器20的旋转进行计数。 在步骤S502，PLC 20每隔IOOms扫描一次中断子程序INTO。在步骤S503，中断子程序INTO 计算当前中断时HSCO的计数值和上次中断时HSCO的计数值之间的差值，即，计数值变化 量。在步骤S504，中断子程序INTO确定计数值变化量是否大于或等于第一阈值。作为示 例，第一阈值可以为20。如果计数值变化量大于或等于第一阈值，则在步骤S505，变量存储 器增加预定值或减少预定值。具体地讲，如果编码器顺时针旋转，则在步骤S505，变量存储 器增加预定值，如果编码器逆时针旋转，则在步骤S505，变量存储器减少预定值。作为示例， 所述预定值可以为20。在步骤S506，确定变量存储器的当前值是否大于或等于预定阈值， 作为示例，预定阈值可以为30000。如果变量存储器的当前值大于或等于预定阈值，则在步 骤S507将变量存储器的当前值保持为所述预定阈值。如果变量存储器的当前值小于预定 阈值，则直接进行步骤S510。
另一方面，如果计数值变化量小于第一阈值，则在步骤S508，中断子程序INTO确 定计数值变化量是否大于第二阈值。作为示例，第二阈值可以为2。如果计数值变化量大于 第二阈值，则在步骤S509，变量存储器保持不变。在步骤S510，PLC 20控制PLC扩展模块 30输出与变量存储器的当前值相应的电流控制信号。其后，可以执行图4所示的步骤S404， 并且在步骤S404之后可以继续以预定的中断周期扫描中断子程序INTO，从而重复图5中所 示的流程。
另一方面，如果所述差值不大于第二阈值，则在步骤S511，PLC 20将HSCO的计数 值清零，并且变量存储器保持不变。在步骤S512，PLC 20控制PLC扩展模块30输出与变量存储器的当前值相应的电流控制信号。其后，可以执行图4所示的步骤S404。由于此时编 码器10已处于不操作的状态，因此在步骤S404之后不再扫描中断子程序INTO。
根据本发明实施例的加热炉给风控制设备及其方法，可以实现以下优点(1)稳 定性高，编码器本身的制造工艺决定其作为旋转器件代替模拟电位计更加稳定可靠，几乎 不会损坏；(2)操作简单，只需人工旋转编码器；(3)成本低，只需要少量电子器件；(4)效 率高，效果明显，能够提高加热效率50%，提高整线作业效率15 %，从而大幅度降低操作工 的劳动强度，消除近距离高温操作加热炉带来得各种危害。
此外，根据本发明实施例的加热炉给风控制设备及其方法同时提供远程/近程控 制功能。
虽然已经显示和描述了一些实施例，但是本领域技术人员应该理解，在不脱离本 发明的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改，本发明的范围由权利要求及其 等同物限定。
权利要求
1.一种加热炉给风控制设备，包括编码器，安装在操作室的配电箱内，由加热工根据加热炉的温度反馈进行顺时针或者 逆时针旋转；可编程控制器PLC，安装在配电室内，对编码器的旋转进行计数，以预定中断周期计算 计数值变化量，并基于计数值变化量的累加值进行控制操作；PLC扩展模块，具有两个模拟量输出通道，在PLC的控制下，通过一个模拟量输出通道 输出与计数值变化量的累加值相应的电流信号，并通过另一个模拟量输出通道输出与计数 值变化量的累加值相应的电压信号；电流分配器，将电流信号分配为两路；第一变频器，从电流分配器接收一路电流信号，将所述电流信号转换为频率控制信号， 并将所述频率控制信号输出到加热炉风机，以调整加热炉风机的转速。
2.根据权利要求1所述的加热炉给风控制设备，还包括第二变频器，从电流分配器接收另一路电流信号，将所述电流信号转换为频率控制信 号，并将所述频率控制信号输出到加热炉风机，以调整加热炉风机的转速，其中，PLC上设置有变频器切换开关，用于在第一变频器和第二变频器之间进行切换， 以使第一变频器和第二变频器中的一个处于工作状态。
3.根据权利要求2所述的加热炉给风控制设备，其中，PLC上设置有远近控制切换开 关，用于选择操作室远程控制或配电室近程控制所述加热炉给风控制设备。
4.根据权利要求1所述的加热炉给风控制设备，其中，PLC扩展模块输出的电压信号被 提供给电压表，用于加热工调试及检修所述加热炉给风控制设备。
5.根据权利要求1所述的加热炉给风控制设备，其中，PLC中设置有用于对编码器的旋 转进行计数的高速计数器和用于存储计数值变化量的累加值的变量存储器。
6.根据权利要求5所述的加热炉给风控制设备，其中，当计数值变化量大于或等于第一阈值时，如果编码器顺时针旋转，则PLC控制变量存 储器中的计数值变化量的累加值增加预定值，如果编码器逆时针旋转，则PLC控制变量存 储器中的计数值变化量的累加值减少预定值；当计数值变化量小于第一阈值时，如果计数值变化量大于第二阈值，则PLC保持变量 存储器中的计数值变化量的累加值不变。
7.根据权利要求6所述的加热炉给风控制设备，其中，如果计数值变化量不大于第二 阈值，则PLC将高速计数器的计数值清零，并保持变量存储器中的计数值变化量的累加值 不变。
8.根据权利要求6所述的加热炉给风控制设备，其中，如果计数值变化量的累加值大 于或等于预定阈值，则PLC保持变量存储器中的计数值变化量的累加值为所述预定阈值。
9.一种加热炉给风控制方法，包括以下步骤由加热工根据加热炉的温度反馈顺时针或者逆时针旋转编码器； 通过可编程控制器PLC对编码器的旋转进行计数，以预定中断周期计算计数值变化 量，并基于计数值变化量的累加值进行控制操作；在PLC的控制下，通过PLC扩展模块输出与计数值变化量的累加值相应的电流信号； 第一变频器通过电流分配器接收所述电流控制信号，将所述电流信号转换为频率控制信号，并将频率控制信号输出到加热炉风机，以调整加热炉风机的转速。
10.根据权利要求9所述的加热炉给风控制方法，还包括以下步骤第二变频器通过电流分配器接收所述电流控制信号，将所述电流信号转换为频率控制 信号，并将频率控制信号输出到加热炉风机，以调整加热炉风机的转速，其中，通过PLC上设置的变频器切换开关在第一变频器和第二变频器之间进行切换， 以使第一变频器和第二变频器中的一个处于工作状态。
11.根据权利要求9所述的加热炉给风控制方法，其中，所述控制操作包括以下步骤 当计数值变化量大于或等于第一阈值时，如果编码器顺时针旋转，则将存储在PLC的变量存储器中的计数值变化量的累加值增加预定值，如果编码器逆时针旋转，则将变量存 储器中的计数值变化量的累加值减少预定值；当计数值变化量小于第一阈值时，如果计数值变化量大于第二阈值，则保持变量存储 器中的计数值变化量的累加值不变。
12.根据权利要求11所述的加热炉给风控制方法，其中，所述控制操作包括以下步骤 如果计数值变化量不大于第二阈值，则将计数值清零，并保持变量存储器中的计数值变化量的累加值不变。
13.根据权利要求11所述的加热炉给风控制方法，其中，所述控制操作还包括以下步骤如果计数值变化量的累加值大于或等于预定阈值，则将变量存储器中的计数值变化量 的累加值保持为所述预定阈值。
全文摘要
提供了一种加热炉给风控制设备及其方法，所述加热炉给风控制设备，包括编码器，由加热工根据加热炉的温度反馈进行顺时针或者逆时针旋转；PLC，对编码器的旋转进行计数，以预定中断周期计算计数值变化量，并基于计数值变化量的累加值进行控制操作；PLC扩展模块，具有两个模拟量输出通道，在PLC的控制下，通过一个模拟量输出通道输出与计数值变化量的累加值相应的电流信号，并通过另一个模拟量输出通道输出与计数值变化量的累加值相应的电压信号；电流分配器，将电流信号分配为两路；第一变频器，从电流分配器接收一路电流信号，将所述电流信号转换为频率控制信号，并将所述频率控制信号输出到加热炉风机，以调整加热炉风机的转速。
文档编号F27D19/00GK102032801SQ20101059998
公开日2011年4月27日 申请日期2010年12月22日 优先权日2010年12月22日
发明者叶黎华, 周艳丽, 孙克俭, 尚存进, 李国笃, 李猛, 王庆华, 程尚, 邱倩 申请人:莱芜钢铁股份有限公司