机电一体化技术对传统马弗炉改进中的应用

工作过程中的冲温温度的控制功能。

关键词：机电一体化；传统；马弗炉；改进；应用

马弗炉是一种通用的加热设备，依据外观形状可分为箱式炉、管式炉、坩埚炉等。广泛应用于陶瓷、冶金、电子、玻璃、化工、机械、耐火材料、新材料开发、特种材料、建材等领域。热加工、工业工件处理、水泥、建材行业，进行小型工件的热加工或处理；医药行业用于药品的检验、医学样品的预处理等。分析化学行业作为水质分析、环境分析等领域的样品处理。也可以用来进行石油及其分析。煤质分析用于测定水分、灰份、挥发份、灰熔点分析、灰成分分析、元素分析。也可以作为通用灰化炉使用。

根据其加热元件、额定工作温度、和控制器的不同对于马弗炉的分类有如下几种：

1）按加热元件区分有： 硅钼棒马弗炉、硅碳棒马弗炉、电阻丝马弗炉；

2）按额定工作温度分为：1000℃以下马弗炉， 1200℃马弗炉， 1400℃马弗炉，1600℃马弗炉、1700℃马弗炉。1800℃马弗炉；

3）按控制器分有如下几种：机械指针表，普通数字显示表，PID调节控制表，多段程序控制表；

4）按保温层材料来区分有：普通耐火砖和陶瓷纤维两种。

当前的现代化工业对自动化、智能化程度的要求越来越高，本文就目前情况下的现代化工业现状对温度控制精确度的要求对传统马弗炉进行改进，利用机电一体化技术实现了马弗炉的温度精确控制功能。

马弗炉的温度自动化控制，对于生产、研发和实验室科学研究都有很重要的作用。温度自动控制原理：根据检测温度与设定温度的偏差，自动接通或断开控制对象的热能量，或连续改变热能量的大小，使控制对象的温度稳定在设定温度范围，以满足热处理工艺的需要。温度自动控制常用调节规律有二位式、三位式、比例、比例积分和比例积分微分等几种。马弗炉炉温控制也是这样一个反馈调节过程，比较实际炉温和需要炉温得到偏差，通过对偏差的处理获得控制信号，去调节马弗炉的热功率，从而实现对炉温的控制。按照偏差的比例、积分和微分产生控制作用（PID控制），是过程控制中应用最广泛的一种控制形式。现在很多厂家都采用的是PID控制仪表实现温度的精确控制。

当马弗炉开始升温时，炉内保温体大量地吸收热量，以提高本身温度，在停炉冷下来时又把这一部分热量散失到空间去；这一部分形成炉体蓄热损失。一台先进的电炉应具有低的空炉损失及高的有效功率。空炉损失的大小是衡量马弗炉效率好坏的重要指标，空炉损失小的电炉，可以得到高的技术生产率及低的单位电能消耗比。

从马弗炉的工作原理可看出，马弗炉的控温采用闭环比较控制系统方式进行工作。在工作时将设定温度SV与工作检测温度PV进行比较，其差值EV送入PID控制系统得到加热参数去控制加热元件，控制发热元件的发热能量，从而实现温度的控制，如图一所示。

这种控制在稳定工作状态时有较好的控温效果，但在实际工作中我们的工作系统状态是需要随时改变的，系统不是每时每刻都处于稳定状态，例如工作中途打开炉门，取出或查看工件状况，然后关闭炉门，这样一来就会出现炉温冲温的现象，有时候冲温的幅度会远远的高于我们的设定控制温度。这样就可能造成一些工件损坏和损失。这种情况是我们不希望出现的，但却是当前很多马弗炉在工作过程中会遇到的问题。怎样解决这个问题呢？

通过分析发现马弗炉冲温的原因是因为控制系统是一个实时的闭环控制系统，而在工作过程中由于马弗炉的保温层储存有较高的热能，热能的释放是一个滞后的过程。当在工作过程中打開炉门，炉内热能与外界的空气进行热交换使炉内的温度会降低，传感器检测的温度也会降低。虽然这个时候加热元件可以不发热，但当关上炉门的时候，传感器检查的温度低于设定温度，控制系统会根据计算出加热控制量进行加热，这个时候炉内保温层存储的热能释放出来的同时，发热元件通电已会释放更多的热能。热能的释放量和控制加热不是同步进行的，进而形成冲温。

如果能使控制系统加热的时间推迟，使炉堂内的热能温度与炉内壁存储的热能达到平衡的时候，控制系统再实时检测控制加热，使检测与控制加热同步进行，这样冲温的可能性就会大大减少或冲温的幅度大大降低。

基于成本和实用考虑采用机电一体办法进行系统改造，如图二所示。

在系统中加上一只断电延时继电器KT，利用门控行程开关常闭触点控制断电延时继电器，再利用断电延时继电器的常闭触点控制仪表的加热输出控制信号。当炉门打开时门控行程开关常闭触点闭合，断电延时继电器通电工作，当断电延时继电器工作时常闭触点断开，切断加热控制信号。炉门闭合时门限行程开关断开，断电延时继电器断电停止工作。常闭触点延时一段时间后闭合，连通加热控制信号进行加热控制。在继电器延时的这段时间炉内的温度与炉内存储的热能达到平衡，这样使加热与检测同步进行，冲温的可能性就会大大减少或冲温的幅度大大降低。延时时间的长短可根据实际情况进行相应调整。

参考文献：

[1]翟长宏.机电一体化中的马弗炉温度控制器设计“华东科技：学术版”，2013（1）.

[2]王玉，陈立敏.马弗炉温度控制器的改进“燃料与化工”，2004，35（3）.

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