经过改造后的BTU炉的温度控制系统和驱动控制系统，温度测量和控制精度高，完全满足中核建中核燃料元件有限公司车间的生产要求，驱动系统工作准确、故障率低。炉子的各项性能得到了极大的提高。
摘要： BTU炉在温度控制系统中，使用数字式电脑控制，其所用的PID控制参数使用工程整定法，整定过程较为复杂，且控制精度不是很高。而现在随着科学技术的进步，在许多场合都使用专用仪表的自适应PID控制，它不需要精确的数学模型，就可以自动计算PID参数值，极大的提升了控制精度。
Abstract： BTU furnace is controlled by digital computer in the temperature control system， of which the PID control parameter uses the engineering tuning method， the tuning process is complex and the control accuracy is not high. With the progress of science and technology， the adaptive PID control of the dedicated instruments is used in many occasions， and it can automatically calculate the PID parameter values without the accurate mathematical model， which greatly improves the control accuracy.
关键词： 机械工程论文发表,BTU芯块,烧结炉,控制系统,技术改进
Key words： BTU pellet;sintering furnace;control system;technical improvement
1 BTU推舟炉的工作原理
1.1 BTU推舟炉概述 BTU推舟炉是一种工艺性还原炉子。它能够自动且连续地进行运作。运作过程中，首先，BTU推舟炉的加热工作区，避免空气的畅通，保持真空的环境，然后通过氢气做还原剂，发生氧化化学反应来分解被加工产品中的氧，之后氧化还原反应后的氢原子和氧原子由于氧化还原作用而生成水，由于BTU推舟炉内温度较高，水因此以水蒸气的形式存在。另外，BTU炉设计工作在0-45°C的露点范围内。
1.2 烧结炉构成
1.2.1 主炉 BTU推舟炉的主炉部分总共有六个加热区，BTU推舟炉自身含有气密性焊接钢壳，对该主炉部分的所有加热区起到了良好的密封性，另外，气密性焊接钢壳具有非常有利的工艺环境，相对来说非常洁净，并且充有进行工艺化学反应的物质，即可燃性氢气。BTU推舟炉的气密性焊接钢壳因其材质的优越，更具有避免炉内高热量伤害操作工人的情况发生。
本推舟式烧结炉包括下列主要组成部分：
①进料门和隔离室;②工艺室;③水冷却区;④出料室。
1.2.2 传送带系统 传送带系统的构成部分有轨道四条，全部按照矩形来进行配置。传送带系统在BTU推舟炉中的作用主要是进行传送和引导循环运作中的料舟。
传送带系统运作时，主要是通过机械推杆和相应的限位开关讯号相互作用，控制报警指示灯，从而传送推料机的位置信号，而进入可编程序控制器，从而控制推料机的运作。
1.2.3 进料室 在整个工艺加工运作循环工作中，产品或者料舟首先进入进料室，然后再进入炉内工艺室。进料室在这一过程中是密闭的，又因为其与炉内工艺室的角度正好呈直角，能够为炉内工艺室热量的预热提供过渡空间，并且能大大避免热量消耗。并且进料室能够起到炉内工艺室与外界气体相隔离的作用。
1.2.4 烧除管 BTU推舟炉一共有两个烧除管。分别位于进料室和预烧区和高温区之间部位。烧除管的作用是，当进料门关闭时，排出炉内气体，比如氢气。烧除管的出口处往往有长明火，因此氢气排除时，会被燃烧掉。如果点火成功却未燃，则通过紫外探测器可测，点火器重新点火。若点火不成功，那么PLC将通过电磁阀的作用切断氢气，并用无害的氮气对整个炉子进行快速猛烈的喷吹，从而强迫氢气燃烧并且从烧除管排出。如图1所示。
1.3 BTU推舟炉烧结炉的控制装置
①位于支架的BTU推舟炉烧结炉控制器;②位于控制柜上的BTU推舟炉主操作控制面板;③位于返回BTU推舟炉传动带两端的手动驱动台;④位于BTU推舟炉冷却区背面的气体控制板;⑤其他相关的气阀和水阀。
1.3.1 BTU推舟炉烧结炉控制器
①温度控制部分：由于烧结炉由两个预热区和四个高温区构成，所以每个温区由独立的加热元件进行加热，幕式钼电加热器对六个分别控制的加热区进行加热，3、4、5及6区的加热器可将产品温度升至1800°C，在生产过程中实际温度为1750°C。两个预热区的最高温度为1200°C，在生产过程中实际温度分别为550°C和750°C。1区与2区之间的遮蔽墙有利于预热2区的温度保持稳定，在高温加热区的3区与4区之间及5区与6区之间也有遮蔽墙，这些遮蔽墙的存在有利于温度的精确控制。高温加热区的最高温度一般为1780°C。被烧结的产品自高温区推至冷却区及出料区，冷却区的水套将产品热量载走，致使它们的温度冷却至接近室温，防止产品出炉时发生热震。
1.3.2 主操作控制面板 在控制柜的前门位置安装有主操作控制面板。主操作控制面板的功能是用来启动和运行烧结炉。在主操作控制面板上有一些指示灯和开关，这些指示灯和开关与仪表的电源、相关加热器以及驱动系统有关。另外，主操作控制面板上还有一个紧急停止按钮，它的作用是，当发生舟料卡住或者其他紧急事故时，用来切断一切推料机的电源，停止工作。 1.3.3 手动驱动台 烧结炉共有两个独立的手动驱动台，进料手动驱动台安装在返回传送带上的进料端，出料手动驱动台安装在返回传送带上的出料端。手动驱动台可在炉子进行进舟、检修或维护时手动控制驱动功能，为了切断推料机的电源，因此通常在每一个手动驱动台上都有一个紧急停止按钮。在炉子进行进舟、检修或维护时，主推机、进料推料机和返回推料机的运行工作可以通过进料手动动台来进行控制，另外，主推机、出料推料机和返回推料机的运行则可以通过出料手动驱动台加以控制。
2 现在设备中存在的问题
在上文中，介绍了BTU推舟式烧结炉的基本结构和工作原理，在实际运行的过程中还存在一些不尽如人意的方面，在下面做一详细介绍：①BTU炉的操作系统为基于Microsoft windows 平台的Wincon软件，通过说明书可知其主要是侧重于焊接工艺方面，在生产产品时，所要设定的温升曲线是靠几个工艺菜单的连接来实现的，不如可编程温度控制器设定方便和直观。②在BTU烧结炉的控制系统中，温度控制采用的是计算机和烧结炉控制单元(FCU)，以及超温报警板(OTB)。③在FCU电路板和OTB电路板上面有BTU公司的专用集成芯块，其内部写有控制程序，所以当烧结炉控制单元和超温报警板出现故障时，只能向美国BTU公司购买新的烧结炉控制单元和超温报警板，这将花费数万美元，既增加了该车间的生产成本，也不方便，且不拥有自主知识产权。
3 技术改进的设计方案
由上文可知在BTU的控制系统中存在四个方面的问题，在技术改造的过程中，既要克服这些存在的问题，也要保留原来设备所实现的各种功能，因此还要保留计算机控制、主推机速度控制和各种报警功能。
3.1 系统改造概述 为了提高炉子温度的控制精度，采用英国欧陆可编程温度控制器2416进行温度调节，该温度控制器显示精度为0.2%，具有PID自适应调节功能，可与计算机进行串行通信，输出0-5V，可与原可控硅调压器进行很好的匹配。为了代替原来的烧结炉控制单元(FCU)、超温报警板(OTB)和计算机，采用台湾研华一体化工作站(计算机)，并配备相关的I/O板和朝阳电源、英国RS公司声光报警器等，完成推舟炉BTU的温度调节控制、主推速度控制、工艺定时控制、超温联锁控制和声光报警提示。利用北京亚控公司组态王(KingView6.5)开发一套集相关控制参数测量、数据处理、自动控制、报表打印、联锁保护为一体的控制系统。
3.2 系统组成
3.2.1 硬件组成 系统由欧陆调节器(2416P4)、温度变送器(DZ-XXC4)、多功能连接端子板(PCLD-8710-A)、16通道D/I光隔离输入端子板(PCLD-782-B)、16通道D/O继电器输出端子板(PCLD-785-A)、多功能数据采集卡(PCI-1710-A)、RS232 /RS485转接器(ADAM-4520-D2)、计算机(AWS-8420TP/PCA)、打印机、朝阳电源(4NIC-X77)、时间继电器(DH48S)、PLC控制器(S7-300)、通讯模板(CP5611)、RS报警器等组成。
3.2.2 软件组成 系统软件由上位机的北京亚控公司组态王(KingView6.5)和软PLC(KingACT1.5)组成;下位机由西门子PLC控制软件通过MPI电缆将有关信息发送到上位机;温控器通过RS485总线将有关信息发送到上位机。
4 结论
采用了欧陆2416可编程温度控制器后，可方便地设定BTU炉各区各段的升温曲线，而最为主要的是作为单块仪表维修、更换方便、价格便宜，再不需要购买 BTU公司昂贵的专用集成块，拥有了自主知识产权的控制系统。使用欧陆2416仪表，由于它具有最为先进的神经自适应PID控制功能，它可通过自动学习以适应调节对象的变化，自动地调整PID参数达到最佳的控制效果。改造后的控制系统完全能够达到原来控制系统的效果，而且优于原来的控制效果，提高了温度控制的精度，提高了产品的质量，为该厂的生产降低了成本。
5 结束语
现场总线技术和智能控制仪表，都是20世纪90年代以后发展起来的新技术，利用组态软件用户能采用填充各种组态表的方式组态工厂的生产过程控制系统。在温控系统中使用自适应PID控制技术，可极大地提高温度控制精度。它们在生产实际中将得到越来越多的应用。
参考文献：
[1]孔峰.微型计算机控制技术[M].重庆大学出版社，2003.
[2]邵裕森.过程控制工程[M].机械工业出版社，2005.
[3]王俊杰.检测技术与仪表[M].武汉理工大学出版社，2003.
