炉温自动控制系统的设计

胡斌

中核建中核燃料元件有限公司 四川宜宾 644000

在某化工产品生产过程中，需要采用电炉加热熔融电解去杂质处理。炉温的准确控制直接影响产品质量，以往电炉温度控制是采用数显表调节控制SSR固态继电器，由于固态继电器功率小，散热差、且自身无保护功能，容易烧毁导致炉温控制失控，从而影响产品质量。

根据生产实际情况，采用智能数显表与单相SCR功率控制器，重新对炉温控制系统进行了设计。

1 炉温控制系统设计

炉温控制采用单闭环自动控制技术，炉温控制原理框图见图1，电路原理图见图2所示。

图1 炉温控制原理框图

图2 炉温控制电路原理图

由图2可知，三相电源经过塑料外壳式断路器和三只熔断器FU1、FU2、FU3，由三只单相SCR功率控制器控制三相电源的通断，三相电流再经过三个交流接触器KM的常开触点，控制三区负载A区、B区、C区、加热。

塑料外壳式断路器合闸，给整个电路供电，按下启动按钮SB1，线圈KM得电，并自锁启动，负载接触器KM接通，调整数显表设定值，开启旋钮开关S1、S2、S3给功率控制器输入信号，给电炉通电加热；SB2停止按钮；KA线圈为超温保护电路，当炉温超过报警设定值时，数显表EV1输出220V，线圈KA得电，启动回路常闭触点KA断开，KM线圈失电，负载接触器断电，停止加热；其中报警回路常开触点KA接通，报警器电铃发声；S4为报警切除旋钮开关。

其中电炉选用三相电阻电炉，对其每相进行单独控制，电炉控制电路框图如图3所示。

图3

考虑到实际需要，选用电炉功率为12KW，其额定温度为800℃，根据下式可计算其额定电流。

根据计算结果，可选用PAC16P-B100C可控硅，该功率控制器具有运行过程中自动缓起动及急停；运行中的过流、超温急停；过流、超温保护动作。

2 仪表型号选择

根据图2炉温控制电路原理图，需要选择变送器、调节器、控制器等主控仪表以及断路器、交流接触器以及继电器等辅助仪表，才能实现炉温自动控制。

2.1 变送器

变送器也叫一次表，由于炉温温度选用800℃电炉，考虑到一次在0-800℃附近的线性度，选用K型热电偶，其在0-1300℃范围电动势直线性良好，1000℃以下耐氧化性良好。

2.2 调节器

数显表选用日本岛通公司生产的0.1级高精度UP93数显表调节器，数显表调节输出：4-20mA信号，该数显控制调节器准确度高，稳定，具有AT功能，自动寻找PID参数。

2.3 控制器

由于电炉炉温采用三相加热，电炉分为A、B、C三个加热区，我们分别对A、B、C三个加热区进行单独控制。根据工艺需要，选用了单相SCR功率控制器，其负载方式选用单相SCR功率控制器，负载方式：50Hz、单相220VAC/380VAC移相范围：0-175°，输入电流：4-20mA；

PAC16P-B100C可控硅，具有运行过程中自动缓起动及急停；运行中的过流、超温急停；过流、超温保护动作时间不大于一个电源周期（20ms）；70℃超温保护、无电压常闭接点开路、超温解除、故障排除后，起停开关复位或重新上电等优点。

2.4 断路器

根据电炉功率可以确定断路器的型号，断路器电流按电炉额定电流的（1.5-3）倍选择，本设计选用型号为DZ20Y-100，脱扣器电流选63A，额定绝缘电压690（V）。

2.5 熔断器

按电炉额定电流的（1.5-2.5）倍选择，故熔断器型号可选择RSO-500/50，额定电流50安，额定电压500伏。

2.6 交流接触器

根据电炉的工作参数如：电炉功率、工作频率、工作电流、工作电压等确定主接触器的参数。可按额定电流的（1.1-1.5）倍选取交流接触器，根据工艺参数主接触器选CJ20-40，额定电流40安，额定电压380伏。

2.7 继电器

继电器选用JZ7中间继电器系列，JZ7继电器可用于工频50赫兹，额定工作电压380伏的控制电路中，以使信号放大或将信号同时传给有关控制元件，其中选JZ7-4-4型号，此中间继电器4对常开触点，4对常闭触点。

3 结语

本设计已经成功应用某化工产品生产中的炉温控制，该自控系统具有故障率低，控制稳定，精准等优点，可满足工艺控制要求，为完成高品质生产提供了可靠保证。