远红外烘干控制系统的设计

远红外烘干控制系统的设计

徐子闻

无锡技师学院   

摘要：远红外加热烘干技术主要是利用远红外加热器产生的远红外线辐射直接照射到被加热物上，通过物体吸收后转变为热能来实现加热与干燥。该技术具有很大的实际应用价值，可以广泛用于工业、农业和人们生活加热、取暖和烘干等场合中。本文主要研究基于美国CIS远红外加热板，来设计整套烘干控制系统。系统的控制核心是PLC，控制方法选用PID控制。该设计主要用于工业中对于大型机器表面喷器的烘干。

关键词：远红外加热；控制系统；PLC； PID控制

一、系统模型的建立

在电机的制造过程中，一道重要的工序就是电机表面浸漆和烘干。所要达到的要求是使电机表面的喷漆烘干得均匀平整，避免局部快速烘干而出现硬块。

烘干炉是烘干过程中应用最广的加热设备，此烘干炉的热源为对称排列在其两端的循环风入口处的几组加热板，由阀门控制加热板的进气量，循环风机使炉腔内温度均匀。通常可以用以下模型定性的描述：

过拉斯变换得出烘干炉的数学模型用式为：

可测出系统的飞升响应曲线，如图1所示：

图1 炉温飞升曲线

二、系统硬件的设计

1．加热板的运作过程

(1) 如图2所示，燃料通过加热板背后的孔进入密封板A。

(2) 燃料通过分散管B和含有一连串小洞的铝板C分散开。

(3) 之后，燃料穿过一个隔热垫D，该垫有两个作用，首先，它阻止了热量从加热器的背面跑掉；其次，它通过限制流量达到使天然气均匀扩散的目的。

(4) 燃料经过电热器E到达催化剂垫F，加热到必要的温度后开始催化。

(5) 当燃料和氧气在催化剂垫内相遇的时候发生氧化还原反应。在催化剂垫的上部，有一个网格状铁丝网G，它起到保护催化剂垫的作用。

2．输气管的构造与安装

系统在正常工作前，有一个对加热板进行电预热与气预热的过程。电预热时只需给加热板供电即可，而气预热时需要给加热板通气。当气预热时会给电磁阀信号，使其打开。并且当系统出现故障时，会由电磁阀两边的高、低压限制开关的动作而给出信号，使电磁阀关闭，切断气源。

在输气管的右端有一电机，电机下端连接一阀门，此电机控制阀的开度由此来控制燃气流量，进而达到控制温度的目的。

温度控制表的输入信号由热电偶给入，此热电偶安装在烘箱的顶部，可以实时监测烘箱内的温度。由于温度控制器自带PID功能，所以可将此表直接接入电机的驱动。此驱动根据F的输入值的大小来调整阀门的开度，以达到控制气体流量的目的。

3．电气控制柜的设计

电气控制柜中的主要部件包括热电偶模块、清扫定时器、PLC以及一些继电器和接触器。

在烘箱正式工作之前，有一个对烘箱内部的杂物进行清扫的过程，清扫由烘箱顶部的吹扫电机完成，清扫的定时由电气控制柜上的电子定时器给出。

热电偶模块用来将加热板的温度的模拟信号转换为数字信号给PLC，接线如图2所示。

图2 热电偶模块接线图

Z1H1-Z1H6为6个热电偶，分别从6块加热板的后端引出，经热电偶接口502TC从OUT1-OUT6端送入PLC，此图显示的为一块热电偶接口，整套系统共有两块此装置，采集12块加热板的温度值，当加热板的温度达到343℃时，预热结束，可以进行后面的流程。

4．吹扫电机和循环风机的接线安装

在烘箱的顶部，装有两台电机。一台用于加热板预热前对烘箱内的杂物进行吹扫，另一台为循环风机，在预热和烘干的过程中用于使箱内的温度均匀。

三、系统软件的设计

系统的工艺流程包括：启动、清扫、预热（电预热和气预热）、通气、运行、停止。当烘箱启动后，系统将执行5分钟的吹扫。吹扫完毕后，开始预热。预热分为电预热和气预热，电预热时间为20分钟，之后是气预热。气预热10分钟后检测所有的12块加热板有没有达到指定的温度，若达到指定温度（343℃左右），预热结束，此时程序给出烘箱运行允许指令，烘箱可以工作。

根据上述工艺流程，可以设计出PLC的程序流程图。PLC的程序为逻辑程序，是按照系统整体的运作流程进行编写的，所以由程序的流程图也可以看出整体的运行过程。在程序中，还涉及到一些触摸屏画面的选择，寄存器值的设置，各种情况的定义以判断是否工作在正常状态等等。

四、结语

本系统是在CIS加热板的基础上设计的一套烘干控制系统，此系统不同于以往的各种烘干系统，选用了和普通红外加热器不同的加热元件，加热过程中无污染，升温快，效率高，物体表面烘干均匀。且对热能的利用率高。由于是温度控制系统，存在一定的滞后性，所以在实际应用中我们加入了PID算法，提高系统性能。从实际应用来看，此系统是一套相当成熟的，能够广泛应用于工业生产的装置，具有很大的实际应用价值。

参考文献

[1] 唐介正.远红外烘干炉的研制[J].航天工艺,1991,(5):1-2

[2] 王世林.远红外加热技术的发展与现状[J].甘肃轻纺科技,1997,(2):32-33

[3] CIS Company. Operators’s Manual Heaters,Control Box & Gas Trains.

[4] 刘金琨.先进PID控制MATLAB仿真[M].北京：电子工业出版社,2004.102-104