涂裝車間烘房智能開關機控制淺談

鄭秋鵬，孟慶軍，王維剛（上汽通用東岳汽車有限公司，山東 煙臺 264006）

涂裝車間烘房智能開關機控制淺談

鄭秋鵬，孟慶軍，王維剛
（上汽通用東岳汽車有限公司，山東 煙臺 264006）

通過對烘房開關機步驟研究，闡述了烘房智能開關機控制方案，介紹了通過創新求節能的科學節能新途徑。關鍵詞：烘房；智能；控制；開關機

烘房是整車廠涂裝車間的主要工藝設備，用于給噴漆后車體進行烘烤。烘房是涂裝車間的主要耗能設備，數量眾多的大型風機和燃燒器消耗著巨大的電能和天然氣[1]。為減少生產過程中的能源消耗，深入研究烘房的開關機步驟與升溫曲線，探索出烘房智能開關機控制方式，極大的減少了烘房開關機過程中的能源消耗。

1 烘房簡介

烘房使用天然氣作為加熱源，升溫到設定溫度。當前烘房的加熱方式主要有兩種：(1)集中加熱分段控溫。（2）分段加熱。

集中加熱分段控溫方式：使用一個大燃燒爐對烘房廢氣進行加熱，將油漆揮發物焚燒使其潔凈化，溫度高達650℃以上；加熱后的高溫空氣通向烘房各模段，通過比例調節閥控制給各模段進行換熱。

分段加熱方式：烘房的每個模段均使用一個小燃燒器進行加熱，通過控制每個小燃燒器火焰的大小來控制模段的溫度，烘房內混合油漆揮發物的氣體通過廢氣風機排到廢氣處理裝置進行凈化。

集中加熱分段控溫方式的優點是耗能小，不需要額外的廢氣處理裝置；分段加熱方式的優點是控制靈活，運行可靠性強，對生產影響小。本文所介紹的智能開關機就是針對采用分段加熱方式的烘房。

2 智能開機控制

烘房傳統開機步驟為：（1）廢氣風機、新風風機開啟。（2）循環風機全部開啟，進行開機預吹掃。（3）全部小燃燒器同時開啟，烘房升溫。（4）烘房到達工藝溫度后，開啟強冷區，開機完成。

烘房傳統開機步驟存在能源浪費，具有優化空間。開機步驟前兩步預吹掃涉及安全方面，不能更改。第三步與第四步烘房升溫與強冷區開啟都存在待機浪費，是優化的方向。

升溫的優化：通過研究烘房開機過程中的升溫曲線發現，烘房各模段的小燃燒器同時開啟，各模段同時開始升溫，但是達到工藝溫度的時間不同。有的模段很快就到達工藝溫度，有的則需要加熱很長時間，而且提前到溫的模段，小燃燒器還會一直加熱來維持工藝溫度（圖1）。

如何消除小燃燒器的待機浪費？經分析，導致上述差異的原因主要有幾點：

（1）每個模段的初始溫度不同：烘房從關機到再次開機每個模段的散熱速率不同，長時間停產模段的初始溫度基本一致，大約為30℃左右；生產期間差異較大，烘房內模段為90℃，新風則只有30℃。

（2）每個小燃燒器的升溫速率不同：雖然烘房每個模段的升溫速率設定值都是0.1℃/s，但是燃燒器個體之間的差異導致了升溫速率的差異。

（3）目標溫度設定值不同：根據各模段的作用和所處的位置，模段的工藝溫度設定值不盡相同；預加熱段的設定溫度普遍偏低，加熱段的設定值比保溫段要高，輻射段的設定值比對流段高，加熱一區的設定值比加熱二區的要高。

（4）烘房內風平衡對模段升溫速率的影響：烘房內的風平衡為“兩端供，中間排”，即新風的補給主要是在烘房的進出口，目的是形成氣封防止熱氣外溢和產生冷凝；排氣是在加熱段和保溫段之間。因此，越靠近烘房兩側的模段升溫速率受烘房內風平衡的影響就越大，升溫慢；而烘房中部的模段則升溫快。

圖1 烘房升溫曲線

通過對烘房各模段升溫差異的詳細分析，得到如果各模段都在同一時間到溫，那么就不存在待機浪費，需要對小燃燒器的開啟時間精確控制。

觀察升溫曲線，可看出溫度與升溫時間基本成正比關系，假定模段的當前溫度為T，模段的目標溫度為T0，小燃燒器的升溫速率為v，烘房內風風平衡對模段升溫速率影響系數為k，由上述4個參數可計算出模段的升溫時間t，

t=k（T0- T）/ v

計算各模段的升溫時間t1，t2，t3… tn，比較得到最長升溫時間tm（1≤m≤n）。由此可得小燃燒器的延時開啟時間為tn' ,

tn' = tm- tn

通過控制各模段的小燃燒器延時tn' 啟動，可以實現模段同步到溫的功能。

溫度T通過安裝在模段出口的溫度傳感器可以實時監控；T0為系統設定值可以獲取；v可以通過模段升溫歷史曲線計算得到；k為修正系數。

強冷區開啟的優化：烘房強冷區的作用是給高溫車體進行快速降溫，使車體在進入下一個工位時不會因為溫度高而對工人操作產生影響。

通過計算開線第一輛車進入烘房的運行數據，當第一輛車運行到強冷區前時開啟強冷風機，這樣可以有效的消除強冷風機的空轉，節約電能。

3 智能關機控制

烘房傳統關機是當烘房內最后一輛車離開烘房后烘房才進行關機，關機步驟為：

（1）關閉小燃燒器和強冷風機。

（2）烘房進行后吹掃，降溫。

（3）溫度降到設定值時各循環風機關閉。

（4）新風風機、廢氣風機關閉。

同樣對烘房傳統關機步驟進行梳理，發現關機過程中也存在浪費，具有優化空間，優化的方向依然是小燃燒和強冷區。

小燃燒器優化：最后一輛車從進入烘房到離開烘房，期間所有燃燒器都是一直開啟的。對于第一模段而言，最后一輛車經過后再無車輛，該模段小燃燒器空載運行時間長達35~40 min。由此可見在生產的最后階段烘房的小燃燒器存在空載浪費。

為了消除小燃燒器的空載浪費，可以對烘房實施分步關機：當生產最后一輛車進入烘房，系統會實時記錄車體位置信息，當最后一輛車經過第一個模段后，將該模段的小燃燒器關閉。同理最后一輛車所經過的模段，小燃燒器都會依次關閉。當最后一輛車離開烘房后，烘房正常關機。

通過上述優化解決了小燃燒器空載運行浪費，對車體烘烤質量也不會產生任何影響。

強冷區的優化：從強冷區的作用來分析，強冷區給車體快速降溫的目的是不影響正常生產。最后一輛車即使離開烘房，由于已經結束生產，也不會到達下一個生產工位，因此強冷風機是可以提前關閉的。

每一條烘房的后面都有一個大的車體緩存區，用來存儲車輛，為保證連續生產起到關鍵作用。緩存區的車體數量通過系統進行記錄，用n表示。生產部門每天的產量，用N表示；生產工位每日的生產數量，用N'表示。當生產即將結束時，如果緩存區的車輛足以支持到生產結束，即可關閉強冷區。提前關閉強冷區可以使用公式計算：N' =N-n

即，當生產的產量等于目標產量與緩存區計數之差時，可以關閉強冷區，減少不必要的運行浪費。

4 效益分析

引入烘房智能開關機后，年可節約天然氣7.2萬m3，年可節約電能76萬kw.h，共可節約運行費用82萬元（表1）。

表1 節能效果分析表

5 總結

引入烘房智能開關機控制思想，極大地減少能源的浪費，節約車間運行成本[2]。智能開關機的思想在國內處于領先水平，不僅在烘房開關機的應用可以在國內進行推廣，而且還能引入到其它工藝設備的開關機中，為國家大力倡導的節能減排提供新思路。

[1] 陳寶歌. 轎車涂裝車間烘房現狀及發展趨勢簡介[J]. 汽車工藝與材料，2011(10):58~62.

[2] 葉永偉, 江葉峰, 陳貴,等. 涂裝車間烘房系統能耗研究[J].機械制造，2010,48(2):59~62.

TQ 639.6

A

1671-0711（2016）07（下）-0077-02