专利名称：退火炉的控制系统和控制方法
技术领域：
本发明涉及光学玻璃退火领域，尤其涉及一种退火炉的控制系统和控制方法。
背景技术：
精密退火是光学玻璃生产过程中的一个关键环节。一般精密退火是将玻璃置于退火炉中，通过退火炉对玻璃进行均匀加热至接近玻璃的转变温度Tg，并保温一段时间后再依次经过匀速慢冷和快冷两个阶段，从而使玻璃内部的残余应力达到加工和使用的要求。装满玻璃的退火炉热容较大，炉内不同位置温度差异也较大，如单独采用温度调节仪进行温度控制，退火良品率往往不高，严重影响生产效率和能耗指标。
公开号为CN2839274的中国专利提供了一种光学玻璃快速退火电阻炉自动控制系统，该系统仅对炉膛中部温度进行检测，并以此作为控制温度进行电力调整器的输出控制。然而由于存在玻璃热容，中部温度反馈会相对滞后于边部温度，由此可能导致中部温度正常，而边部温度超标，影响退火品质。公开号为CN201828840U的中国专利提供了一种退火炉温度自动控制系统，该控制系统采用加权平均的方法，根据炉内多个检测点的温度值推算实际炉温。但在实际应用中，由于玻璃装载量的不同，各检测点的温度的权重系数较难确定，因此仍难以消除或缓解炉内温度的不均匀性对温度控制带来的不利影响。此外，现有技术中对退火炉内玻璃温度的调节均是通过人工来干预，不仅不能够实现根据炉内温度的实际情况进行自动调节，还浪费大量人力。
发明内容
本发明要解决的技术问题是如何自动精确控制退火炉内光学玻璃的退火温度，从而提高玻璃的退火良品率，提升玻璃质量。本发明实施例提供了一种退火炉的控制系统，包括测温模块，设置在所述退火炉内，用于测量所述退火炉内中部的温度作为中部温度值和所述退火炉内边部的温度作为边部温度值，并将测得的所述中部温度值和所述边部温度值发送；温度调节模块，与所述测温模块连接，用于将接收到的所述中部温度值和所述边部温度值反馈给控制模块，还根据来自所述控制模块的温度控制指令控制用于对所述退火炉进行加热的加热装置；以及所述控制模块，用于基于预定的温度控制曲线生成包含控制参数的温度控制指令并将所述温度控制指令发送至所述温度调节模块；还用于根据所述中部温度值和所述边部温度值修正基于所述温度控制曲线设定的控制参数，并生成包含修正后的控制参数的温度控制指令。本发明实施例还提供了一种退火炉的控制方法，包括以下步骤基于预定的温度控制曲线生成包含控制参数的温度控制指令；
根据所述温度控制指令控制用于对所述退火炉进行加热的加热装置；获取所述退火炉内中部的温度作为中部温度值和所述退火炉内边部的温度作为边部温度值；控制参数修正步骤，根据所述中部温度值、所述边部温度值对基于所述温度控制曲线设定的控制参数进行修正；生成包含修正后的控制参数的温度控制指令；以及根据包含所述修正后的控制参数的温度控制指令控制用于对所述退火炉进行加热的加热装置。本发明提供的退火炉的控制系统和控制方法，通过根据退火炉内的中部温度值对预先设定的控制参数进行自动修正，能够实现对炉内玻璃温度的精确控制，消除由于玻璃热容引起的温度差，提闻广品的退火良品率，从而提闻了生广效率，节省了人力。
图I为本发明一个实施例提供的退火炉的控制系统的模块图；图2为本发明另一个实施例提供的退火炉的控制系统的结构示意图；图3为本发明又一个实施例提供的退火炉的控制方法的流程图。附图标记说明11 :电阻丝；2 :电源模块；21 :调压器；3 :测温模块；31 :中部热电偶；32 :边部热电偶；4 :控制模块；41 :人机界面；42 :可编程逻辑控制器(Programmable LogicController, PLC) ；5 :温度调节模块；51 :温度检测仪表；52 :温度控制仪表；6 :退火炉。
具体实施例方式图I为本发明一个实施例提供的退火炉的控制系统的模块图，图2为本发明另一个实施例提供的退火炉的控制系统的结构示意图。该控制系统包括测温模块3、控制模块4和温度调节模块5。其中，本实施例中的退火炉6具体为箱式退火炉。退火炉6内设置有加热模块，本实施例中其优选为电阻丝11，均匀布置在退火炉6的内壁上，用于对退火炉6进行加热，从而对退火炉6内的玻璃进行加热。电阻丝11与作为电源模块2的调压器21连接，该调压器21优选为晶闸管交流调压器，用于为电阻丝11提供加热用电压，该电压可以调节。其中电源模块2和电阻丝11构成用于对退火炉6进行加热的加热装置，且可通过调节电源模块2所提供的加热用电压来实施对加热装置的控制。测温模块3设置在退火炉6内，用于测量退火炉内中部的温度值作为中部温度值和退火炉内边部的温度值作为边部温度值，并将测得的温度值发送给温度调节模块5。进一步地，测温模块3包括中部测温单元和边部测温单元，分别用于测量上述中部温度值和边部温度值。优选地，本实施例中的测温模块3包括中部热电偶31和边部热电偶32。中部热电偶31设置在炉膛中间位置，用于测量上述中部温度值，并将测得的中部温度值发送至温度调节模块5 ;边部热电偶32设置在炉膛边部，优选靠近位于炉膛边部的电阻丝11，用于测量上述边部温度值，并将测得的边部温度值发送至温度调节模块5。
控制模块4用于基于预定的温度控制曲线生成包含控制参数的温度控制指令，并将该温度控制指令发送至温度调节模块5 ;还用于根据温度调节模块5反馈的中部温度值修正控制参数，生成包含该修正后的控制参数的温度控制指令，并将该温度控制指令发送至温度调节模块5。温度调节模块5与测温模块3、控制模块4以及电源模块2连接，用于将获取的中部温度值和边部温度值反馈给控制模块4 ;还根据接收的温度控制指令中的控制参数，调节电源模块2的输出。具体地，控制模块4包括指令生成单元和计算单元。其中，指令生成单元用于基于温度控制曲线生成包含设定的控制参数或修正后的控制参数的温度控制指令，并将温度控制指令发送至温度调节模块5。计算单元用于计算退火炉6达到稳定状态时的中部温度值和边部温度值之间的差值，并根据该差值对与温度控制曲线中的后续控制段相关联的控制参数进行计算，得到修正后的控制参数。进一步地，由 于控制系统的某些部件出现故障时也会使中部温度值和边部温度值之间出现差值，而且该差值会比较大，因此根据经验预设了阈值(例如15摄氏度，事实上15 20摄氏度范围内的值都可以)，因此控制模块4还包括判断单元和报警单元。判断单元用于判断计算单元计算的差值是否大于阈值；当小于或等于该阈值时计算单元计算并修正控制参数；报警单元则在判断单元判断为该差值大于阈值时发出报警。其中，退火炉6达到稳定状态是指边部温度值等于与温度控制曲线中的当前控制段相关联的控制参数的状况至少持续了预定的时间段。优选地，本实施例的控制模块4包括人机界面41和PLC 42。进一步地，温度调节模块5包括检测单元和调节单元。优选地，分别为温度检测仪表51和温度控制仪表52。其中，检测单元与PLC 42以及中部测温单元连接，即温度检测仪表51与PLC 42以及中部热电偶31连接，用于获取中部热电偶31测得的中部温度值并将该中部温度值发送至PLC 42 ;调节单元与PLC 42、边部测温单元(即边部热电偶32)以及电源模块2连接，用于获取边部热电偶32测得的边部温度值并将该边部温度值发送至PLC 42，还用于根据接收到的温度控制指令调节电源模块2的输出电压。对于上述各个部件，优选地，人机界面41经由其推荐标准(RS232)通信口与可编程逻辑控制器PLC 42的RS232通信口通过通信电缆连接，人机界面41用于向PLC 42输入包含有控制参数的运行指令。该控制参数为预先制定的温度控制曲线中各个控制段的升/降温时间、温度值以及保温时间等参数。根据实际工艺需要，一个温度控制曲线可以设置有多个控制段，例如包括至少一个升温段、慢速降温段和快速降温段，其中各个升温段还可包括保温段。PLC 42用于接收人机界面41发送的运行指令，并根据其中的控制参数向温度控制仪表52输入包含有控制参数的温度控制指令；PLC 42还接收炉内中部温度值和边部温度值来实时监控退火工艺的进度，并计算退火炉内达到稳定状态时的中部温度值和边部温度值的差值，并判断该差值是否大于预设的阈值，若小于或等于阈值则对控制参数进行修正，并将包含有修正后的控制参数的温度控制指令发送至温度控制仪表52 ;若大于阈值，则报警。
具体地修正过程包括将该差值与后续控制段中的控制参数进行计算，得到修正后的控制参数。例如PLC 42从其存储器中调出后续控制段的控制参数，如退火温度中的升温温度设定值和慢速降温温度设定值，并在此温度设定值的基础上增加上述差值，得到修正后的控制参数，该稳定状态是指当边部温度值到达设定的低于退火温度的某一温度值时，例如200摄氏度、250摄氏度等，以该温度保温一段时间(例如30-60分钟)之后，可以认为炉内达到稳定状态。 优选地，温度控制仪表52的RS485通信口与PLC 42的RS485通信口通过双绞线连接，其信号输入端通过补偿导线与边部热电偶32连接，其信号输出端与调压器21的信号输入端通过双绞线连接。温度控制仪表52用于根据PLC 42的温度控制指令控制调压器21的输出电压，从而控制电阻丝11的发热温度；温度控制仪表52还接收边部热电偶32测得的边部温度值，并将边部温度值发送至PLC 42。
温度控制仪表52会利用其内部的比例积分微分(Proportion IntegrationDifferentiation, PID)运算功能来调节调压器21的输出电压，以便炉膛的温度按预期的温度控制曲线运行。例如，由于存在玻璃热容，炉内中部温度值低于边部温度值，也就是说玻璃温度低于退火工艺预定的控制参数中的温度，这时就需要对温度控制曲线上的边部温度值进行修正，相应提高温度控制曲线上各温度设定点的设定值，此时调压器21增加输出电压，以使炉内温度上升，保证中部温度值升高，即保证玻璃温度升高，能够与退火工艺中要求的修正前的温度控制曲线中的边部温度值保持一致。优选地，温度检测仪表51的信号输入端还与中部热电偶31经补偿导线连接，其RS485通信口与PLC 42的RS485通信口经过双绞线连接。温度检测仪表51用于获取中部热电偶31测得的炉内的中部温度值，并将中部温度值发送至PLC 42。此外，对于退火工艺发生异常，例如电源模块2发生断电等异常时的退火情况，则在消除了异常从而恢复正常之后，控制模块3中的计算单元根据发生异常时位于哪个控制段来修正控制参数。本实施例以电源模块2发生异常为例进行说明。具体而言，如果异常发生在温度控制曲线中的升温段时，则根据恢复正常时的边部温度值对该升温段的升温时间进行修正，以使得该升温段的升温速率保持不变，退火炉能够按照该升温速率进行升温；如果异常发生在温度控制曲线中的快速降温段时，则根据恢复正常时的边部温度值对该快速降温段的降温时间进行修正，以使得该快速降温段的降温速率保持不变，退火炉能够按照该降温速率进行降温；以及如果异常发生在温度控制曲线中的慢速降温段时，则确定温度控制曲线中紧挨在该慢速降温段之前的升温段，并根据恢复正常时的中部温度值、边部温度值对该升温段的控制参数进行修正，以使得能够经由该升温段再次进入该慢速降温段。举例而言，若升温段的初始温度为100°，结束温度为500°，升温速率为vl，电源模块2发生异常时的边部温度值为400°，即异常发生在升温段。当电源模块2恢复正常时，无论此时的边部温度值是位于该升温段内还是位于其它控制段内，计算单元都根据恢复正常时的边部温度值和Vl对升温时间进行修正。然后指令生成单元基于该修正后的控制参数生成温度控制指令，并将该温度控制指令发送至温度调节模块5，温度调节模块5根据该温度控制指令控制加热装置，使得退火炉能够由该升温段以Vl的速率进行升温并进入下一控制段。若慢速降温段的初始温度为500°，结束温度为300°，慢速降温段的前一段控制段为升温段，升温速率为v2，电源模块2发生异常时的边部温度值为350°，即异常发生在慢速降温段。当电源模块2恢复正常时，无论这时的边部温度值降到了哪个控制段，计算单元都根据恢复正常时的中部温度值和边部温度值对升温时间进行修正。然后指令生成单元基于该修正后的控制参数生成温度控制指令，并将该温度控制指令发送至加热装置，使得退火炉能够由该升温段以v2的速率进行升温，当将温度重新升高到500°，并经过预定的保温时间，再进入慢速降温段。以上控制过程自动完成，从而降低了退火工艺发生异常时的人力物力，并能够保证退火良品率，提闻生广效率。本实施例所基于的原理是中部温度值与炉内玻璃实际温度接近，可以以中部温度值代表玻璃温度；边部温度值与边部电阻丝发热的温度接近，可以以边部温度值代表控 制参数中的温度；但是由于玻璃存在热容，因此中部温度值会滞后于边部温度值(例如边部温度值为220摄氏度的时候，代表玻璃退火温度的中部温度值可能只达到200摄氏度)。因此需要实时测量中部温度值，并利用中部温度值去修正控制参数，从而实现对炉内温度的精确控制，提高光学玻璃的退火品质。本实施例提供的退火炉的控制系统的工作原理详述如下用户通过人机界面41向PLC 42输入含有控制参数的运行指令，PLC 42根据该运行指令生成包含控制参数的温度控制指令并发送至温度控制仪表52，温度控制仪表52根据温度控制指令控制调压器21的输出，使得调压器21的输出电压能够保证电阻丝11产生合适的热量对炉内玻璃进行加热。温度检测仪表51实时读取中部热电偶31测得的中部温度值并发送至PLC 42，温度控制仪表52实时读取边部热电偶32测得的边部温度值并发送至PLC 42，使得PLC 42能够监控退火工艺的进展。当炉内玻璃达到稳定状态时，PLC 42计算该稳定状态下的中部温度值和边部温度值的差值，然后根据存储的阈值进行判断，若此时差值超出阈值，则说明该退火炉中某些部件可能出现故障，则报警；其中该阈值可以为一经验值，例如15-20度；若未超出阈值，则PLC 42从其存储器中调出后续控制段的控制参数，利用中部温度值对该控制参数进行校正，得到修正后的控制参数，并将包含有修正后的控制参数的温度控制指令发送至温度控制仪表52，温度控制仪表52根据该修正后的控制参数调节调压器21的输出，从而调节电阻丝11的发热程度，调节炉内玻璃的温度。图3为本发明又一个实施例提供的退火炉的控制方法的流程图，该控制方法包括以下步骤步骤SI I、控制模块根据预定的温度控制曲线生成包含控制参数的温度控制指令，并将该温度控制指令发送至温度调节模块；步骤S12、温度调节模块根据接收到的温度控制指令控制电源模块输出用于对退火炉进行加热的电压，温度调节模块还获取测温模块测得的炉内中部温度值和边部温度值并发送至控制模块；温度调节模块根据修正后的控制参数调节电源模块的输出电压；步骤S13、控制模块判断该温度控制工艺的所有控制段是否已完成，是则结束，否则执行步骤S14 ；
步骤S14、控制模块判断是否发生异常；是则执行步骤S15，否则执行步骤S16 ；步骤S15、控制模块判断是否已恢复正常；是则执行步骤S18，否则继续检测是否已恢复正常；步骤S16、控制模块判断退火工艺是否已在当前控制段达到稳定状态，是则执行步骤S17，否则执行步骤S12 ；步骤S17、控制模块根据退火炉达到稳定状态时的中部温度值和边部温度值对控制参数进行修正，然后生成包含有修正后的控制参数的温度控制指令并发送至温度调节模块；步骤S18、控制模块根据发生异常时所位于的控制段以及恢复正常后的中部温度值和边部温度值来修正控制参数，并生成包含修正后的控制参数的温度控制指令；然后执行步骤S12。 本发明提供的退火炉的控制系统和控制方法，通过退火炉内的中部温度值对预先设定的控制参数进行自动修正，能够实现对炉内玻璃温度的精确控制，消除由于玻璃热容弓丨起的温度差，提闻广品的退火良品率，从而提闻了生广效率，节省了人力。本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory, ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory, RAM)等。
权利要求
1.一种退火炉的控制系统，其特征在于，包括 测温模块，设置在所述退火炉内，用于测量所述退火炉内中部的温度作为中部温度值和所述退火炉内边部的温度作为边部温度值，并将测得的所述中部温度值和所述边部温度值发送； 温度调节模块，与所述测温模块连接，用于将接收到的所述中部温度值和所述边部温度值反馈给控制模块，还根据来自所述控制模块的温度控制指令控制用于对所述退火炉进行加热的加热装置；以及 所述控制模块，用于基于预定的温度控制曲线生成包含控制参数的温度控制指令并将所述温度控制指令发送至所述温度调节模块；还用于根据所述中部温度值、所述边部温度值修正基于所述温度控制曲线设定的控制参数，并生成包含修正后的控制参数的温度控制指令。
2.根据权利要求I所述的退火炉的控制系统，其特征在于，所述控制模块包括 指令生成单元，与所述温度调节模块连接，用于基于所述温度控制曲线生成包含所述设定的控制参数或所述修正后的控制参数的温度控制指令，并将所述温度控制指令发送至所述温度调节模块；以及 计算单元，与所述温度调节模块连接，用于计算所述退火炉达到稳定状态时所述中部温度值和所述边部温度值之间的差值，并根据所述差值对与所述温度控制曲线中的后续控制段相关联的控制参数进行修正，以得到所述修正后的控制参数。
3.根据权利要求2所述的退火炉的控制系统，其特征在于，所述退火炉达到稳定状态是指所述边部温度值等于与所述温度控制曲线中的当前控制段相关联的控制参数的状况至少持续了预定的时间段。
4.根据权利要求2或3所述的退火炉的控制系统，其特征在于，所述控制模块还包括 判断单元，与所述计算单元连接，用于判断所述差值是否大于预定的阈值；以及 报警单元，与所述判断单元连接，用于在判断为所述差值大于所述阈值时，发出表示发生了异常的报警。
5.根据权利要求4所述的退火炉的控制系统，其特征在于，所述计算单元还用于，在消除了所述异常从而恢复正常的情况下， 如果所述异常发生在所述温度控制曲线中作为升温段的控制段，则根据恢复时的所述边部温度值对该升温段的作为升温时间的控制参数进行修正，以使得该升温段的升温速率保持不变； 如果所述异常发生在所述温度控制曲线中作为快速降温段的控制段，则根据恢复时的所述边部温度值对该快速降温段的作为降温时间的控制参数进行修正，以使得该快速降温段的降温速率保持不变；以及 如果所述异常发生在所述温度控制曲线中作为慢速降温段的控制段，则确定所述温度控制曲线中作为紧挨在该慢速降温段之前的升温段的控制段，并根据恢复时的所述中部温度值、所述边部温度值对该升温段的控制参数进行修正，以使得能够经由该升温段再次进入该慢速降温段。
6.根据权利要求I所述的退火炉的控制系统，其特征在于，所述测温模块包括 中部测温单元，设置在所述退火炉内的中部，用于测量所述中部温度值；以及边部测温单元，设置在所述退火炉内的边部，用于测量所述边部温度值。
7.根据权利要求6所述的退火炉的控制系统，其特征在于，所述温度调节模块包括 检测单元，与所述控制模块以及所述中部测温单元连接，用于将来自所述中部测温单元的中部温度值发送至所述控制模块；以及 调节单元，与所述控制模块以及所述边部测温单元连接，用于将来自所述边部测温单元的边部温度值发送至所述控制模块，还用于根据来自所述控制模块的温度控制指令控制用于对所述退火炉进行加热的所述加热装置。
8.—种退火炉的控制方法，其特征在于，包括以下步骤 基于预定的温度控制曲线生成包含控制参数的温度控制指令； 根据所述温度控制指令控制用于对所述退火炉进行加热的加热装置； 获取所述退火炉内中部的温度作为中部温度值和所述退火炉内边部的温度作为边部温度值； 控制参数修正步骤，根据所述中部温度值、所述边部温度值对基于所述温度控制曲线设定的控制参数进行修正； 生成包含修正后的控制参数的温度控制指令；以及 根据包含所述修正后的控制参数的温度控制指令控制用于对所述退火炉进行加热的加热装置。
9.根据权利要求8所述的退火炉的控制方法，其特征在于，所述控制参数修正步骤具体包括 计算所述退火炉达到稳定状态时所述中部温度值和所述底部温度值之间的差值； 当所述差值不大于预定的阈值时，根据所述差值对与所述温度控制曲线中的后续控制段相关联的控制参数进行修正，以得到所述修正后的控制参数，或者当所述差值大于所述阈值时，发出表示发生了异常的报警。
10.根据权利要求9所述的退火炉的控制方法，其特征在于，所述阈值为15摄氏度。
11.根据权利要求8-10中任一项所述的退火炉的控制方法，其特征在于， 所述退火炉达到稳定状态是指所述边部温度值等于与所述温度控制曲线中的当前控制段相关联的控制参数的状况至少持续了预定的时间段。
12.根据权利要求9所述的退火炉的控制方法，其特征在于，所述控制参数修正步骤还包括，在消除了所述异常从而恢复正常的情况下 如果所述异常发生在所述温度控制曲线中作为升温段的控制段，则根据恢复时的所述边部温度值对该升温段的作为升温时间的控制参数进行修正，以使得该升温段的升温速率保持不变； 如果所述异常发生在所述温度控制曲线中作为快速降温段的控制段，则根据恢复时的所述边部温度值对该快速降温段的作为降温时间的控制参数进行修正，以使得该快速降温段的降温速率保持不变；以及 如果所述异常发生在所述温度控制曲线中作为慢速降温段的控制段，则确定所述温度控制曲线中作为紧挨在该慢速降温段之前的升温段的控制段，并根据恢复时的所述中部温度值、所述边部温度值对该升温段的控制参数进行修正，以使得能够经由该升温段再次进入该慢速降温段。
全文摘要
本发明涉及光学玻璃退火领域，具体公开了一种退火炉的控制系统和控制方法。该控制系统包括测温模块，设置在退火炉内，用于测量退火炉内中部温度值和边部温度值，并将测得的温度值发送给温度调节模块；温度调节模块与测温模块连接，用于将中部温度值和边部温度值反馈给控制模块，根据来自控制模块的温度控制指令控制加热装置；控制模块，用于基于预定的温度控制曲线生成包含控制参数的温度控制指令并将温度控制指令发送至温度调节模块；还用于根据中部温度值和边部温度值修正基于温度控制曲线设定的控制参数，并生成包含修正后的控制参数的温度控制指令。本发明提供的系统和方法能自动精确控制退火炉内光学玻璃的退火温度，提高玻璃的退火良品率和生产效率。
文档编号C03C25/00GK102759939SQ201210221918
公开日2012年10月31日 申请日期2012年6月29日 优先权日2012年6月29日
发明者周国文, 焦胜兵, 荣幸 申请人:湖北新华光信息材料有限公司