真空加热炉控制装置

摘要

本发明提供了一种真空加热炉控制装置，包括参数采集模块、模拟量输入模块、主控模块和燃烧器运行控制模块；参数采集模块用于对真空加热炉的运行状态参数采集并输出给模拟量输入模块，模拟量输入模块用于将输入的模拟量转换为数字量并输出给主控模块，主控模块用于根据输入的数字量以及输入的控制命令控制燃烧器运行控制模块实现控制模式选择、不点火原因判定、软比例调节等控制功能。本发明满足了用户对真空加热炉控制功能的需求，具有广阔的市场前景。

权利要求

1.真空加热炉控制装置，其特征在于，包括：参数采集模块、模拟量输入模块、主控模块和燃烧器运行控制模块；

所述参数采集模块包括用于采集炉内蒸汽的温度模拟量并输出给所述模拟量输入模块的温度变送器、用于采集炉内蒸汽的压力模拟量并输出给所述模拟量输入模块的压力变送器、用于采集炉内水位的液位模拟量并输出给所述模拟量输入模块的液位变送器、用于采集炉内可燃气体的浓度模拟量并输出给所述模拟量输入模块的可燃气体浓度变送器和用于采集盘管出口温度的出口温度模拟量并输出给所述模拟量输入模块的出口温度变送器；

所述模拟量输入模块用于将输入的温度模拟量、压力模拟量、液位模拟量、浓度模拟量、出口温度模拟量分别转换为温度数字量、压力数字量、液位数字量、浓度数字量、出口温度数字量并输出给所述主控模块；

所述主控模块用于根据所述温度数字量计算获得炉内饱和蒸汽压值，并通过与所述压力数字量比较获得炉内真空程度；用于经过第一预定时间将设定温度值与所述温度数字量进行比较，若所述温度数字量的值高于所述设定温度值，则向所述燃烧器运行控制模块发送将大火转换开关关闭第二预定时间的控制信号并延时第三预定时间再将设定温度值与所述温度数字量进行比较，若所述温度数字量的值低于所述设定温度值，则向所述燃烧器运行控制模块发送将小火转换开关关闭第二预定时间的控制信号并延时第三预定时间再将设定温度值与所述温度数字量进行比较；用于将所述温度数字量的值、压力数字量的值、液位数字量的值和浓度数字量的值分别与阈值相比较，若所述温度数字量、压力数字量、液位数字量和浓度数字量中的至少一项超过阈值，则输出显示；用于根据所述温度数字量、压力数字量或出口温度数字量中的任意一种向所述燃烧器运行控制模块发送控制燃烧器启停的信号以及大小火调节的信号；

所述燃烧器运行控制模块用于根据所述控制燃烧器启停的信号控制燃烧器的启停，以及根据控制燃烧器大小火调节的信号控制燃烧器的大小火调节。

2.根据权利要求1所述的真空加热炉控制装置，其特征在于，所述主控模块还用于根据输入的控制命令关闭温度保护并将压力保护的阈值调整为100KPa，当所述液位数字量、浓度数字量和压力数字量中的至少一项超过阈值时，关闭燃烧器。

3.根据权利要求1所述的真空加热炉控制装置，其特征在于，所述燃烧器运行控制模块还用于当检测到火焰时向所述主控模块发送点着火信号，以及根据燃烧器运行状态向所述主控模块发送报警信号，所述报警信号包括低压开关报警信号、检漏器报警信号或程控器报警信号中的任意一种；

所述主控模块还用于若经过第四预定时间没有接收到所述燃烧器运行控制模块发送的点着火信号并且没有接收到所述燃烧器运行控制模块发送的报警信号，则判定燃烧器熄火。

说明书

真空加热炉控制装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种真空加热炉控制装置，属于真空加热炉控制技术领域。

背景技术

[0002] 真空加热炉（又称为相变高效加热炉）是一种新兴的相变加热炉，其原理是在封闭的炉体内部形成一个负压环境，利用水在低压情况下沸点低的特性，快速加热封密的炉体内填装的热媒（水或超导液），使热媒沸腾蒸发出高温蒸汽，水蒸汽凝结在换热管上加热换热管内的被加热介质，达到加热的目的。

[0003] 目前现有的真空加热炉普遍包括自动控制启停、大小火自动调节当时、24小时连续实时监控、报警提示与保护功能和运行参数的远程显示等控制功能。但随着真空加热炉的应用越来越广泛，现有的控制技术已经不能满足用户的控制需求，具体无法实现如下的控制功能：

[0004] 控制模式选择：不同地区用户对真空加热炉的控制点的要求是不一样的，例如要求使用主盘管的介质出口温度来控制加热炉的启停以及大小火调节、要求使用炉内蒸汽的压力来控制、或者要求使用炉内蒸汽温度来控制；对于多盘管加热炉，如果固定的使用某个参数来控制加热炉，由于盘管多工况变化范围大，都会出现加热炉适应性较差的问题。

[0005] 判断不点火原因：真空加热炉的自动化程度较高，用户一般只会简单的启停机操作，对于故障处理与判定缺乏经验与工具，一旦出现故障就会导致燃烧器不启动，而操作人员又无法直观地判断故障，从而导致故障无法解决。

[0006] 软比例调节：燃烧器一般都是两段火燃烧器。两段火燃烧器默认状态下是工作在小火状态下的，同时它提供了一个大火开关，当小火满足不了需要时合上大火开关燃烧器就会运行在最大火状态。如果真空加热炉需要燃烧器运行在大火与小火的中间位置时，两段火燃烧器就会频繁的启停。

发明内容

[0007] 本发明为解决现有的真空加热炉控制技术中存在的无法实现控制模式选择、不点火原因判定、软比例调节的问题，进而提供了一种真空加热炉控制装置。为此，本发明提供了如下的技术方案：

[0008] 真空加热炉控制装置，包括：参数采集模块、模拟量输入模块、主控模块和燃烧器运行控制模块；

[0009] 所述参数采集模块包括用于采集炉内蒸汽的温度模拟量并输出给所述模拟量输入模块的温度变送器、用于采集炉内蒸汽的压力模拟量并输出给所述模拟量输入模块的压力变送器、用于采集炉内水位的液位模拟量并输出给所述模拟量输入模块的液位变送器、用于采集炉内可燃气体的浓度模拟量并输出给所述模拟量输入模块的可燃气体浓度变送器和用于采集盘管出口温度的出口温度模拟量并输出给所述模拟量输入模块的出口温度变送器；

[0010] 所述模拟量输入模块用于将输入的温度模拟量、压力模拟量、液位模拟量、浓度模拟量、出口温度模拟量分别转换为温度数字量、压力数字量、液位数字量、浓度数字量、出口温度数字量并输出给所述主控模块；

[0011] 所述主控模块用于根据所述温度数字量计算获得炉内饱和蒸汽压值，并通过与所述压力数字量比较获得炉内真空程度；用于经过第一预定时间将设定温度值与所述温度数字量进行比较，若所述温度数字量的值高于所述设定温度值，则向所述燃烧器运行控制模块发送将大火转换开关关闭第二预定时间并延时第三预定时间的控制信号，若所述温度数字量的值低于所述设定温度值，则向所述燃烧器运行控制模块发送将小火转换开关关闭第二预定时间并延时第三预定时间的控制信号；用于将所述温度数字量的值、压力数字量的值、液位数字量的值和浓度数字量的值分别与阈值相比较，若所述温度数字量、压力数字量、液位数字量和浓度数字量中的至少一项超过阈值，则输出显示；用于根据所述温度数字量、压力数字量或出口温度数字量中的任意一种向所述燃烧器运行控制模块发送控制燃烧器启停的信号以及大小火调节的信号；

[0012] 所述燃烧器运行控制模块用于根据所述控制燃烧器启停的信号控制燃烧器的启停，以及根据控制燃烧器大小火调节的信号控制燃烧器的大小火调节。

[0013] 本发明提供的真空加热炉控制装置能够实现对真空加热炉的控制模式选择、不点火原因判定、软比例调节等功能，满足了用户对真空加热炉控制功能的需求，具有广阔的市场前景。

附图说明

[0014] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0015] 图1是本发明的具体实施方式提供的真空加热炉控制装置的结构示意图。

具体实施方式

[0016] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0017] 本具体实施方式提供了一种真空加热炉控制装置，如图1所示，包括：参数采集模块1、模拟量输入模块2、主控模块3和燃烧器运行控制模块4；

[0018] 参数采集模块1包括用于采集炉内蒸汽的温度模拟量并输出给模拟量输入模块的温度变送器、用于采集炉内蒸汽的压力模拟量并输出给模拟量输入模块的压力变送器、用于采集炉内水位的液位模拟量并输出给模拟量输入模块的液位变送器、用于采集炉内可燃气体的浓度模拟量并输出给模拟量输入模块的可燃气体浓度变送器和用于采集盘管出口温度的出口温度模拟量并输出给模拟量输入模块的出口温度变送器；

[0019] 模拟量输入模块2用于将输入的温度模拟量、压力模拟量、液位模拟量、浓度模拟量、出口温度模拟量分别转换为温度数字量、压力数字量、液位数字量、浓度数字量、出口温度数字量并输出给主控模块3；

[0020] 主控模块3用于经过第一预定时间将设定温度值与温度数字量进行比较，若温度数字量的值高于设定温度值，则向燃烧器运行控制模块4发送将大火转换开关关闭第二预定时间并延时第三预定时间的控制信号，若温度数字量的值低于设定温度值，则向燃烧器运行控制模块4发送将小火转换开关关闭第二预定时间并延时第三预定时间的控制信号；用于将温度数字量的值、压力数字量的值、液位数字量的值和浓度数字量的值分别与阈值相比较，若温度数字量、压力数字量、液位数字量和浓度数字量中的至少一项超过阈值，则输出显示；用于根据温度数字量、压力数字量或出口温度数字量中的任意一种向燃烧器运行控制模块4发送控制燃烧器启停的信号以及大小火调节的信号；

[0021] 燃烧器运行控制模块4用于根据控制燃烧器启停的信号控制燃烧器的启停，以及根据控制燃烧器大小火调节的信号控制饶少奇的大小火调节。

[0022] 具体的，主控模块3可采用西门子S7-200系列的PLC，模拟量输入模块2可采用EM231系列的模拟量输入模块。由于燃烧器的信号是220V AC类型，所以燃烧器信号与PLC的数字量输入输出通道之间设置有继电器，以实现不同电平信号的转换功能。输入的用户设定值可采用触摸屏输入。

[0023] 本具体实施方式提供的真空加热炉的工作原理是：EM231接收现场仪表传输过来的4-20mA电流信号，并将模拟量信号转换成对应范围为4096-32767的数字量信号输入给PLC；PLC将数字量信号根据各个仪表的量程再转换成对应的实际值，然后将实际值与触摸屏传输过来的用户设定值作比较，根据比较的差值来判定接下来要输出给燃烧器的控制指令；PLC输出的指令都是24V直流信号，燃烧器端都是220V交流信号，所以需要经过24V DC线圈的继电器进行信号转换；同时为了监视燃烧器的运行状态，燃烧器将自己的运行状态以220V开关量信号的方式送入控制装置内，经过220V AC线圈的继电器将电平转换为24V DC之后送入PLC的数字量输入通道；在触摸屏上调用对应通道的地址就能知道燃烧器的相关状态；例如燃烧器点火信号经过继电器转换之后进入了I0.4通道，那么在触摸屏上调用I0.4地址的位状态指示就能知道燃烧器有没有点着火。

[0024] 下面结合说明书附图对本具体实施方式提供的真空加热炉的各个功能作详细说明。

[0025] (1)软比例调节

[0026] 主控模块3一方面接受用户的设定温度值，一方面根据温度变送器11检测炉内的实际温度值。每间隔第一预定时间（例如1分钟）比较一次设定温度值和实际温度值，然后根据差值向燃烧器运行控制模块3发出向大火或者小火转换的指令，这个指令持续时间很短，一般都是0.8S-2S之间。这样燃烧器的火焰状态就可以根据加热炉的负载变化而变化，既实现了温度的精确控制又能节约燃料还避免了燃烧器的频繁启停，具体为：如果实际温度高于设定值，则让大火转换开关闭合第二预定时间(1S左右)，然后延时第三预定时间(1分钟左右)，再重复比较实际温度与设定值，如果实际温度低于设定值，则让小火转换开关闭合第二预定时间(1S左右)，然后延时第三预定时间(1分钟左右)，并重复上述过程。

[0027] (2)不点火原因判定

[0028] 不点火原因判定功能具体操作是将真空炉控制系统中影响到燃烧器启动的各个因素的状态都进行判定，具体为：主控模块3将温度数字量的值、压力数字量的值、液位数字量的值和浓度数字量的值分别与阈值相比较，若温度数字量、压力数字量、液位数字量和浓度数字量中的至少一项超过阈值，则输出显示，显示的方法可以为不超过阈值的项显示绿色指示灯，超过阈值的项显示红色指示灯。

[0029] (3)控制模式选择

[0030] 控制模式选择的原理是在主控模块3的控制程序中做出三个选择分支，分别对应三种控制模式。在触摸屏上有三个控制模式的选择按钮，用户按下想要切换的控制模式选择按钮之后，程序会自动的从之前的控制模式中切出来进入到用户指定的模式，而且这项功能是在不停炉的状态下切换的，不耽误生产。PLC程序中做出各个控制模式下的设定值与实际值的比较程序，为了防止任意时刻下2个以上的控制模式同时生效，在判定之前有一个互锁。控制模式选择的具体操作过程为：主控模块3根据温度数字量、压力数字量或出口温度数字量中的任意一种向燃烧器运行控制模块4发送控制燃烧器启停的信号以及大小火调节的信号。

[0031] (4)一键做真空

[0032] 真空加热炉正常工作时炉内环境应该是：不含不凝气体(主要是空气)、炉体压力为负压，这种环境主要依靠人工来实现，具体做法是让燃烧器一直燃烧使炉内蒸汽压力超过50KPa（炉体上方单向安全阀的开启压力值），才能让水蒸气顶开炉体上单向安全阀（也称为真空控制器）将空气随水蒸气一起排出去。排放一定的时间（10分钟左右）之后停止燃烧器并打开盘管的生产流程，使炉内蒸汽因热量被带走而液化，这样炉内压力急骤下降从而导致单向安全阀关闭，炉内形成负压环境，这个过程就被称为做真空。目前由于真空炉都配套有控制柜，控制柜对炉内蒸汽的压力、炉内水位、炉内蒸汽温度都有保护，特别是温度报警和压力报警，会在压力上升到50KPa之前停止燃烧器，所以目前需要做真空有两个方案：一是关闭压力传感器、温度传感器底座附近的阀门使系统不触发这两个报警；另一个则是在燃烧器上做手脚，将燃烧器的启停线路短接，这样燃烧器就脱离了控制系统的控制会一直燃烧。这两种做法都存在一定的危险性：前者容易烫伤操作人员，后者容易发生电气伤人和烧干锅现象。

[0033] 因此可选的，本具体实施方式提供的真空加热炉还可以实现一键做真空功能，相应的技术方案是：在主控模块3的控制程序中添加一种做真空模式，在这种模式下主控模块3根据输入的控制命令关闭温度保护并将压力保护的阈值调整为100KPa，当液位数字量、浓度数字量和压力数字量中的至少一项超过阈值时，关闭燃烧器。这样真空炉就可以一直烧到50KPa以上，但是在发生液位低和燃气泄漏报警时还能正常停炉。正常运行时触摸屏会显示系统运行于正常模式，一旦用户按下“一键做真空按钮”，系统会进入做真空模式同时用指示灯、文字告知用户，并且有声音提示。由于做真空过程中的排气时间需要操作人员在现场确定，所以会在触摸屏上有文字和声音提示，告知操作人员注意查看现场的排气情况。

[0034] (5)熄火保护

[0035] 真空加热炉还会出现以下的状况：主控模块3给出点火指令但燃烧器正常运行中熄火且程控器没有发出任何报警，这种现象称之为偷停。偷停可能导致采油厂的各种管线没有加热而冻住。为了这一现象，目前各个采油厂都设置了每隔2小时对真空炉进行一次巡检的制度，但这种制度不仅耗费较多人力，而且可靠性和安全性不高。

[0036] 因此可选的，本具体实施方式提供的真空加热炉还可以实现熄火保护功能。利用这个功能，发生偷停的时候用户能够及时的得到消息，解决目前燃烧器偷停需要人工巡检才能发现的问题。具体技术方案是：首先燃烧器运行控制模块4用于当检测到火焰时向主控模块3发送点着火信号，以及根据燃烧器运行状态向主控模块3发送报警信号，报警信号包括低压开关报警信号、检漏器报警信号或程控器报警信号；主控模块3用于若经过第四预定时间(3分钟左右)没有接收到燃烧器运行控制模块4发送的点着火信号并且没有接收到所述燃烧器运行控制模块发送的报警信号，则判定燃烧器熄火，此时触发蜂鸣器和报警指示灯通知用户处理。

[0037] 采用本具体实施方式提供的技术方案，能够实现对真空加热炉的控制模式选择、不点火原因判定、软比例调节、一键做真空，熄火保护等功能，满足了用户对真空加热炉控制功能的需求，具有广阔的市场前景。

[0038] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明实施例揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。