汽车涂装烘干炉风量自动调节系统

雷鸣

【摘要】汽车作为现代人们出行的必备交通工具，在人们的生活中已经是必不可少的一部分。而汽车生产线也随着科学技术的发展变得越来越先进，随之而来的则是在汽车生产制造过程中对能源的消耗，近年来随着国家的双碳战略以及人类对环境的关切日益增加，节能减排已经是各个制造行业的首要任务。车身涂装车间则是整车制造厂中的能源消耗大户，几乎占了整车厂50%以上的能源消耗，而烘干炉则是涂装车间的主要耗能设备之一，在对烘干炉的设备，运行特点和所有控制环节进行分析后，发现在烘干炉不满载的情况下，如果依然保持满负荷的运行则是对能源的极大浪费，而烘干炉的风量可变控制系统则是针对这个问题的最佳解决方案。

【关键词】汽车涂装；烘干炉；风量可变控制系统；节能；

1烘干炉结构

汽车涂装车间烘干炉作用是对漆液的干燥和固化，烘干炉设备由主燃烧器，多个热交换箱以及炉体及冷却单元组成，是采用集中供热方式，即由燃烧器燃烧天然气产生热量，将被加热后的空气送入风管，输送至每一个热交换箱的热交换器，而每一个热交换箱的热交换器都会与一段炉体的循环空气进行热交换，从而在确保空气质量的前提下不断提高空气温度而最终达到温度设定值，而后在每个热交换箱都达到设定温度后，整个升温过程结束，具备生产条件，需要被烘干的漆后车身通过输送系统将车身送入烘干炉进行烘干。

2烘干炉容量利用率分析

烘干炉的长度一般由生产线的设计产能来决定，每条烘干炉生产线最节能的方式都是以满载状态，而是否能够满载则是由产量和生产时间来决定，经过取样分析每日烘干炉的产能曲线，发现烘干炉的热量损失一般来自闲置时间和故障时间，另外，分析整个烘干炉的闲置时间发现，除了由于生产计划安排和休息时间，调试和产能爬坡也是主要因素。

当前烘干炉的设计在闲置时间和故障时间里都是自动运行在满负荷条件下的，这里指的满负荷是只虽然由于炉体内没有车身，没有带走热量，但进入和排出烘干炉的风量没有发生变化，也就是说在闲置状态下，即便烘干炉内没有车身需要烘干，烘干炉依然会按照设计风量进行加热，而由于没有车身带走热量，热交换箱也没有热量交换的需求，那么被燃烧器加热的空气会直接排放到室外造成能源的浪费。

3解决方案

根据分析的结果，要避免在烘干炉闲置时间的能源浪费，烘干炉要避免在闲置时间依然以满负荷设定风量运行，也就是说当检测到炉体内车身数量减少（不满载）后，控制进风和排风风量，也就是说在不满载状态下运行的时候要减少需要加热的风量减少排出的风量，因为被加热的风直接排放也是对能源的浪费。改造的总体方案：首先需要监控炉内车身的数量，这样才能在炉内车身数量减少的时候进入减载模式给出风量控制的目标值，将定频进风和排风风机改成变频控制，作为执行环节，然后监控进风和排风管道的流量，作为风量控制的检测环节，根据经典PID控制理论，PID调节的目标值，执行环节和检测环节都已具备，在PLC中增加PID控制环节及其他控制程序，对烘干炉的风量进行自动调节。另外，还有一个控制中非常重要的环节，可以说是风量控制的先决条件，就是每个热交换箱的热交换器阀门控制开度，开度如果高于70%，则说明热交换箱正处于升温过程中，这个时候是不能进行风量控制的，只有在风阀开度项目低于70%的时候才能考虑进行风量控制。风量控制系统的核心关键点是改变的是烘干炉的进风和排放风量，这是由于车身减少的原因，而并没有改变空气温度，不会造成温度下降，进而造成烘干炉温度曲线不合格，车身涂装质量缺陷。另外，在烘干炉的进口和出口都设置了气密封段，作用是对烘干炉内的空气进行密封，减少热量扩散，造成损失，而在烘干炉减载的状态下，风量控制系统对进口和出口气密封也减少了风量，节约了能源消耗。

风量的目标值共计分为5个等级，风量的目标值是核算了炉内车身数量后，根据车身数量给出的进风和排风风量，这个风量决定了车身的温度曲线是否能够达到标准，温度曲线必须达标才能进行生产，否则会导致车身质量问题。根据每个烘干炉的风量不同，同时容纳车身的数量不同，分级数量也不同。

控制逻辑既不能区分太细，这样会导致控制系统一直处于调整状态中，会导致PID控制在兼顾响应速度的同时，加大超调量，导致精度损失，又不能分级太少，出现阶梯式的风量控制，风量变化太大会导致部分车身温度不达标，温度曲线不合格。下图展示的是节能原理：

4节能验证

项目实施后进行节能验证，监控一周的生产时间，监控烘干炉的利用率，在不使用烘干炉风量控制系统和使用的情况下做了采集燃气燃气消耗量并进行对比，对比分析如下图：

红色与蓝色曲线之间的部分为燃气节约量，实践证明风量控制系统的有效性。在产量预测难度大，产量变化大，生产班次变化的情况下，风量控制系统能够智能有效的对烘干炉风量进行控制，有效的节约了能源的使用。

4总结

综上所述，烘干炉风量自动控制系统既满足了生产的需要，保证了烘干炉的烘干炉的生产质量，又达到了节约能源的效果，减少了二氧化碳的排放，对于环境保护做出了重要的贡献。