一种羰基铁热解炉温度控制柜及其控制方法与流程

本发明属于冶金技术领域，具体的说是一种羰基铁热解炉温度控制柜及其控制方法。

背景技术：

纳米级羰基铁粉主要是采用电热分解工艺生产的，广泛应用于军事、工业、农业、医药和食品领域。羰基铁粉热解过程对工艺和设备的要求非常苛刻,在热解过程中温度的变化直接影响羰基铁的质量。目前，集散控制系统(DCS)已经普遍应用在羰基铁生产领域，但在羰基铁热解阶段DCS主要体现在热解炉温度记录，而关键的温度控制仍需人工手动进行PID设定，工作量大、工作强度高，有进一步改进的和优化的必要。

技术实现要素：

本发明针对羰基铁生产企业现存的羰基铁热解过程中存在的自动化水平低、人为因素过多，工作量大、工作强度高等问题，提供一种不改造羰基铁热解炉的前提下，能够直接接入厂家DCS系统的羰基铁热解炉温度控制柜及其控制方法，该羰基铁温度控制柜能够直接实现对羰基铁热解炉进行温度控制，也可以使用RJ45或RS-485等电气接口接入现有厂家DCS中，控制柜能够自动调节羰基铁热解炉温度，自动调节热解炉温度报警阈值，减少人为因素，避免温度报警产生误报、漏报等问题，减少控制误差和人工劳动量。

本发明技术方案结合附图说明如下：

一种羰基铁热解炉温度控制柜，该温度控制柜包括电气设备和监控设备，其中所述的电气设备包括空气开关、接触器、可控硅调功器14；所述的空气开关与接触器连接；所述的接触器与可控硅调功器14连接；所述的可控硅调功器14与羰基铁热解炉加热装置连接；所述的监控设备包括工业平板电脑17、多功能网络电力仪表、数字温控器18、电流互感器和电压互感器；所述的工业平板电脑、功能网络电力仪表和数字温控器18通过现场总线RS—485相连；所述的电流互感器与电压互感器均与多功能网络电力仪表电连；所述的可控硅调功器14与数字温控器18和羰基铁热解炉中的羰基铁热解炉加热设备电连；所述的数字温控器18还与羰基铁热解炉中的羰基铁热解炉温度传感器电连。

一种羰基铁热解炉温度控制柜的控制方法，该方法具体步骤如下：

步骤一、初始化羰基铁热解炉温度控制柜；

闭合空气开关给控制柜供电，此时第一、二多功能网络电力仪表15、16、工业平板电脑17、四块数字温控器18上电；第一、二多功能网络电力仪表15、16实时显示温度控制柜的电流、电压信息，四块数字温控器18分别实时显示羰基铁热解炉四段温区即第一、二、三、四段温区6、7、8、9的温度；

步骤二、设定羰基铁热解炉温度控制柜控制律；

初始化完成后，在工业平板电脑17中进入羰基铁热解炉温度控制系统，系统中实时显示控制柜电流、电压信息，显示羰基铁热解炉四段温区即第一、二、三、四段温区6、7、8、9的温度，在工业平板电脑17中设定生产羰基铁粒度等级，设定第一、二、三、四段温区6、7、8、9的加热温度，控制柜自动调整温度报警阈值；选择数字温控器18工作模式；

步骤三、控制羰基铁热解炉；

羰基铁热解炉温度控制柜控制律设定完成后，启动加热装置开关，控制柜按照步骤二所设定控制控制羰基铁热解炉的生产运行，此时四块数字温控器18根据步骤二中设定的工作模式及加热温度，分别向四个可控硅调功器14发出控制信号，四个可控硅调功器14根据各自所接收控制信号调整输出功率，分别调整羰基铁热解炉四个加热装置即第一、二、三、四加热装置10、11、12、13的功率，调节热解炉第一、二、三、四段温区6、7、8、9的温度，从而实现控制羰基铁热解炉温度。

步骤二中所述的数字温控器的工作模式有三种，分别为：

①、人工手动设定PID参数模式；

②、使用数字温控器自带自整定PID算法自动调节PID参数模式；

③、使用自己设计的控制律调节PID算法自动调节PID参数模式。

本发明的有益效果为：

1、本发明利用现有羰基铁生产过程中DCS集散控制系统已有的温度传感器和温度控制器，无需对羰基铁热解炉进行任何改动。

2、本发明羰基铁热解炉温度控制柜能够单独使用，也可以通过RJ45或RS-485通信接口接入厂家DCS系统中，使用简单方便，无需对厂家原有系统做较大改动。

3、本发明通过多种羰基铁热解过程温度控制方法，厂家可根据需要使用任意一种。

4、本发明羰基铁热解炉温度控制柜能够根据热解炉所生产羰基铁粒度等级不同自动调节热解炉温度报警阈值，解决传统单一阈值设定容易产生误报、漏报等问题，提高控制柜的可靠性。

5、本发明支持厂家根据生产技术要求自己编写控制律控制羰基铁热解炉温度。

6、本发明能够监测电能质量并预留多种接口，可以将电能质量加入羰基铁热解炉温度控制律中，并且方便电气柜升级改造。

附图说明

图1羰基铁热解炉的结构示意图；

图2为一路热解炉温度控制电气图；

图3羰基铁热解炉温度控制柜控制面板图；

图4羰基铁热解炉温度控制柜结构框图；

图5羰基铁热解炉温度控制柜信号传输图。

具体实施方式

参阅图1，本发明的实施对象为羰基铁热解炉1，羰基铁热解所需五羰基铁由第一入口2进入热解炉1，羰基铁热解所需氨气由第二入口3进入热解炉1，热解炉1生成的羰基铁粉进入羰基铁粉贮罐4；冷却羰基铁热解炉1所生产羰基铁粉的冷却水由冷却水出口5流出，羰基铁热解炉1的四段温区分别为第一、二、三、四段温区6、7、8、9，四段温区的温度由四个即热装置即加热第一、二、三、四装置10、11、12、13来控制。

一种羰基铁热解炉温度控制柜，该温度控制柜包括电气设备和监控设备，其中所述的电气设备包括空气开关、接触器和可控硅调功器14；所述的空气开关与接触器连接；所述的接触器与和可控硅调功器14连接；所述的可控硅调功器14与羰基铁热解炉加热装置连接；所述的监控设备包括工业平板电脑17、两个多功能网络电力仪表、数字温控器18、电流互感器和电压互感器；所述的工业平板电脑、两个功能网络电力仪表和数字温控器通过现场总线RS—485相连；所述的电流互感器和电压互感器分别与第一、二多功能网络电力仪表电连；所述的可控硅调功器14与数字温控器18和羰基铁热解炉中的羰基铁热解炉加热设备电连。

所述的电流互感器监测电气柜当前电流值，所测电流值由多功能网络电力仪表记录、显示；电压互感器监测电器柜当前电压值，所测电压值由多功能网络电力仪表记录、显示；数字温控器18连接羰基铁热解炉现有温度传感器，显示、记录热解炉炉内温度；工业平板电脑17能够设定羰基铁热解炉控制温度、控制律、温度上限报警、温度下限报警、电压上限报警、电压下限报警；读取历史温度信息、电压信息、电流信息、报警信息；显示当前热解炉运行状态，包括温度状态、电压状态、电流状态、当前故障，直观了解热解炉运行信息，提高羰基铁制备的自动化水平，降低劳动强度。所述的可控硅调功器14用来调节热解炉加热功率控制炉内温度；所述的数字温控器18还与羰基铁热解炉中的羰基铁热解炉温度传感器电连，显示、记录热解炉炉内温度。

上述一种羰基铁热解炉温度控制柜，其中，所述多功能网络电力仪表能够测量电流、电压、有功功率、无功功率、功率因数、频率，支持RS-485通信接口和Modbus通信协议。

参阅图2，针对本实施对象，每套测温装置和加热装置需分别使用一组数字温控器和可控硅调功器。以一路电气图为例，启动本羰基铁热解炉温度控制柜需先闭合空气开关，当羰基铁温度控制柜空气开关QF闭合，此时继电器断开，继电器KM常开触点断开，常闭触点闭合，停止指示灯亮；开始进行羰基铁热解时按下启动按钮，此时继电器KM闭合，继电器常开触点闭合，常闭触点断开，启动指示灯亮，停止指示灯熄灭，可控硅调功器14根据数字温控器传来的信号调节羰基铁热解炉加热装置10输出功率；羰基铁热解结束时，按下停止按钮，此时继电器KM断开，继电器KM常开触点断开，常闭触点闭合，启动指示灯熄灭，停止指示灯亮，可控硅调功器14停止工作，其中熔断器FU保护线路，热继电器FR防加热装置10输出功率过高。

参阅图3，本实施例设计羰基铁热解炉温度控制柜控制面板图，第一多功能网络电力仪表15显示电气柜实时电压，第二多功能网络电力仪表16显示实时电流，工业平板电脑17，为本发明羰基铁热解炉温度控制柜人机交互设备，可以在此设定羰基铁热解炉控制温度、控制律、温度上限报警、温度下限报警、电压上限报警、电压下限报警；设定四块数字温控器18中任意一块工作模式；读取历史温度信息、电压信息、电流信息、报警信息，四路温控装置的数字温控器，分别显示羰基铁热解炉四段区域当前温度和设定温度，图中19为羰基铁热解炉温度控制柜四路温控装置的起、停指示灯，图中20为羰基铁热解炉温度控制柜四路温控装置的起、停按钮。

参阅图4，本实施例羰基铁热解炉温度控制柜结构框图，控制柜包括电气设备和监控设备，其中所述的电气设备包括空气开关、电流互感器、电压互感器、接触器、可控硅调功器；所述的监控设备包括工业平板电脑、两个多功能网络电力仪表和数字温控器；所述的空气开关依次与电流互感器、电压互感器、接触器、可控硅调功器电连；所述的工业平板电脑、两个功能网络电力仪表和数字温控器通过现场总线RS—485相连；所述的电流互感器和电压互感器分别与第一、二多功能网络电力仪表电连；所述的可控硅调功器与数字温控器和羰基铁热解炉中的羰基铁热解炉加热设备电连；所述的数字温控器还与羰基铁热解炉中的羰基铁热解炉温度传感器电连。

本发明所述的羰基铁热解炉温度控制柜的控制方法具体步骤如下：

步骤一、初始化羰基铁热解炉温度控制柜；

闭合空气开关给控制柜供电，此时第一、二多功能网络电力仪表15、16、工业平板电脑17、四块数字温控器18上电；第一、二多功能网络电力仪表15、16实时显示温度控制柜的电流、电压信息，四块数字温控器18分别实时显示羰基铁热解炉四段温区即第一、二、三、四段温区6、7、8、9的温度；

步骤二、设定羰基铁热解炉温度控制柜控制律；

初始化完成后，在工业平板电脑17中进入羰基铁热解炉温度控制系统，系统中实时显示控制柜电流、电压信息，显示羰基铁热解炉四段温区即第一、二、三、四段温区6、7、8、9的温度，在工业平板电脑17中设定生产羰基铁粒度等级，设定第一、二、三、四段温区6、7、8、9的加热温度，控制柜自动调整温度报警阈值；选择数字温控器18工作模式；

步骤三、控制羰基铁热解炉；

羰基铁热解炉温度控制柜控制律设定完成后，启动加热装置开关，控制柜按照步骤二所设定控制控制羰基铁热解炉的生产运行，此时四块数字温控器18根据步骤二中设定的工作模式及加热温度，分别向四个可控硅调功器14发出控制信号，四个可控硅调功器14根据各自所接收控制信号调整输出功率，分别调整羰基铁热解炉四个加热装置即第一、二、三、四加热装置10、11、12、13的功率，调节热解炉第一、二、三、四段温区6、7、8、9的温度，从而实现控制羰基铁热解炉温度。

参阅图5，其信号传递过程如下：多功能网络电力仪表15通过电压互感器采集羰基铁热解炉温度控制柜母线电压信号，第二多功能网络电力仪表16通过电流互感器采集羰基铁热解炉温度控制柜母线电流信号，14为四块数字温控器分别通过热解炉自带4个温度传感器采集热解炉四段温度信号，两块多功能网络电力仪表、四块数字温控器同工业平板电脑之间使用工业现场总线RS-485进行通信，通信协议为Modbus，其中工业平板电脑为主站，数字温控器根据工作模式及采集的温度数据向可控硅调功器发送控制信号，调节可控硅输出功率。

本实施例使用数字温控器为岛电公司的SRS10A，有3种控制本实施例中可控硅调功器输出模式，方法一设定温度，人工设定PID参数，比例Kp、积分Ki、微分Kd的值控制可控硅功率输出；该方法为厂家现有生产模式，整个过程完全需要操作人员根据羰基铁热解炉实时工况进行调整；第二种，设定温度，由数字温控器自带自整定PID算法自动调节PID参数比例Kp、积分Ki、微分Kd的值控制可控硅功率输出，该方法无需人工值守，生产过程中工况变化完全由控制柜自己调整PID参数；第三种，设定温度，使用自己设计的控制律调节PID算法自动调节PID参数比例Kp、积分Ki、微分Kd的值控制可控硅功率输出，该方法使用针对厂家需求，完全符合其生产工艺的控制律调节PID参数，生产过程中无需人为干预。

本实施例使用工业平板电脑设定羰基铁热解炉的温度报警上线和温度报警下限，其报警阈值可以人为通过工业平板电脑手动设定，也可以根据热解炉所生产羰基铁粉粒度等级不同调整其温度报警阈值容忍度，以本实时例生产粒度为100nm的羰基铁粉为对象，热解炉1一段温度6运行温度为255℃，二段温度7运行温度为280℃，三段温度8运行温度290℃，四段温度9运行温度310°C，通过设定生产羰基铁粉粒度为100nm，控制柜自动调节温度报警阈值，一段温度6温度报警上线256℃，报警下线254℃，二段温度报警7报警上线281°C，报警下线279℃，三段温度报警8报警上线291℃，报警下线289℃，二段温度报警9报警上线311℃，报警下线309℃。

本实施例使用工业平板电脑具有RS-485、RJ45、USB等多种通信接口，可以使用工业平板电脑直接控制数字温控器，设定PID参数、工作模式；能够在工业平板电脑上编写羰基铁热解炉控制律，使用编写的控制律调节数字温控器PID参数，从而控制可控硅调功器功率输出。

本发明既能单独使用直接对羰基铁热解炉进行温度控制，也可以通过工业平板电脑的RS-485、RJ45接入厂家DCS系统进行羰基铁热解炉温度控制。

综上所述，本发明利用羰基铁生产厂家羰基铁热解炉现有的温度传感器和加热装置，使用工业平板电脑、多功能网络电力仪表、数字温控器、可控硅调功器设计了一种羰基铁热解炉温度控制柜。本发明无需对原有生产线进行大的改动，能够提高羰基铁热解的自动化水平，对实现羰基铁热解优化控制提供支持。