摘要：本文設(shè)計了冶金軋鋼退火爐、環(huán)形爐、罩式爐安全快速智能點火控制裝置。智能點火控制裝置由單片機控制硬件控制邏輯，再由硬件控制邏輯控制打火、開關(guān)閥等動作，當(dāng)出現(xiàn)報警而單片機未能給出報警信號給硬件控制邏輯時，硬件控制邏輯會在一定時間后自行報警。本裝置在工作時，UV探測器對火焰實時檢測，一旦無火焰信號會及時傳輸給單片機和硬件控制邏輯。正是由于實時檢測和雙重保護使得整個點火控制裝備在使用的時候更可靠更安全。另外本裝置還可以通過修改軟件運用在不同的生產(chǎn)工藝上，具有很強的可移植性。
關(guān)鍵詞：硬件控制邏輯；程序控制；UV探測器；可靠安全

    智能點火控制裝置在冶金行業(yè)有著非常廣泛的應(yīng)用，主要運用在軋鋼退火爐、環(huán)形爐、罩式爐等方面，但現(xiàn)在用于冶金行業(yè)點火控制裝置存在一定的缺陷，點火控制時間是根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)環(huán)境固定設(shè)計，但不同生產(chǎn)工藝對點火時間的控制有著不用的要求。
    本實用新型智能點火控制裝置可以控制點火時間，確保在點火時按一定的程序逐次實現(xiàn)點火過程，同時可隨時修改控制參數(shù)，方便不同生產(chǎn)工藝的使用，以保證點火過程順利而安全的完成。在點火裝置使用的過程中，使用紫外線(UV)傳感器來適時檢測火焰，且當(dāng)加熱爐無火時，軟件會報警，如果軟件報警失效，一定延時后硬件電路報警，這樣的雙保護確保了整個點火控制裝置在使用時更加安全可靠。

1 系統(tǒng)設(shè)計
1．1 系統(tǒng)總體框圖
    系統(tǒng)總體框圖如圖1所示，圖中CPU所有的輸入輸出都是通過光耦完成的，這樣使信號傳輸?shù)目垢蓴_能力加強。遠程復(fù)位讓裝置進入工作狀態(tài)，模式控制控制打火時間和開主閥時間，火焰?zhèn)鞲衅魍ㄟ^火焰探測電路將信號傳輸給CPU，CPU輸出信號給硬件控制邏輯，由硬件控制邏輯來進行點火、開點火閥、主氣閥和空氣閥、報警，最后報警信號又輸入給CPU，使CPU知道裝置的運行狀態(tài)，繼而發(fā)出正確的指令，使整個點火控制過程有條不紊的進行。

1．2 系統(tǒng)主要功能
    正常情況下，CPU根據(jù)輸入信號控制硬件控制邏輯來進行點火、探火、開關(guān)大小閥門或報警，而當(dāng)CPU跑飛或由于其他原因停止工作進入非正常工作狀態(tài)，硬件控制邏輯會在一定延時后自動啟動報警。這樣的多層保護使得整個裝置在運行的過程中更加安全可靠。
    系統(tǒng)的主要功能如下：
    1)按下啟動信號，進入工作狀態(tài)，首先檢測有無虛假火焰信號，如有則輸出故障信號。如正常，開啟點火變壓器和點火閥，進入點火狀態(tài)，如有火，為點火成功。開啟主氣閥。如無火，為點火失敗，2秒后關(guān)閉所有控制輸出，報警鎖定，輸出失敗信號。
    2)點火成功后，主氣閥的開啟時間(安全時間)可由開關(guān)設(shè)置(3S、5S或10S)。
    3)空氣閥的動作可選擇跟隨點火閥開啟、或跟隨主氣閥開啟、或由外部人工開啟控制(用于爐窯吹掃)。
    4)正常工作后，如有火焰信號，保持正常工作直至工作信號撤銷，回復(fù)到待機狀態(tài)，如無火焰信號則由CPU來控制處理方法，有下列3種：
    ①立即關(guān)閉全部控制輸出，報警鎖定，輸出失敗信號。
    ②延時一段時間后(時間可調(diào))，如仍無火焰信號，關(guān)閉全部控制輸出，報警鎖定，輸出失敗信號。
    ③關(guān)閉全部控制輸出，重新啟動，如點火成功，進入工作狀態(tài)，如點火失敗，關(guān)閉全部控制輸出，報警鎖定，輸出失敗信號。
    當(dāng)CPU跑飛或由于其他原因停止了工作，這時硬件控制邏輯會在一定延時后自動啟動報警，輸出故障信號。
    5)控制器在待機狀態(tài)時仍檢測火焰信號，如出現(xiàn)連續(xù)10S的火焰信號，則斷開控制輸出電源，報警鎖定，輸出故障信號。
    6)故障／失敗狀態(tài)出現(xiàn)后將一直保持鎖定，不受工作信號和斷電的影響，只有人工干預(yù)復(fù)位后才可以解除故障／失敗狀態(tài)。

2 硬件設(shè)計
    本裝置主要由CPU電路、點火電路、探火電路、硬件控制邏輯和繼電器保護電路等組成。CPU選用的是MEG16芯片，控制整個點火過程；點火電路對加熱爐進行點火；探火電路實時檢測爐內(nèi)火焰；硬件控制邏輯控制整個點火裝置的輸出，并且當(dāng)CPU失效時能自行啟動報警；繼電器保護電路是為了控制開閥順序和保護電路。下面對幾個電路進行具體介紹。
2．1 硬件控制電路
    硬件控制電路如圖2所示，J為雙線包繼電器，上面的線包只能控制開關(guān)向下動作，下面的線包只能控制開關(guān)向上動作，且斷電的情況下具有記憶功能。圖中可以看出，報警的產(chǎn)生是由555和CPU同時控制。無報警情況下控制芯片ULN2003A使能，CPU通過ULN2003A控制點火變壓器、點火閥、主氣閥和空氣閥，裝置正常工作。當(dāng)正常工作無火時，火焰?zhèn)鞲衅鲗⑿盘杺鬏斀oCPU，CPU給出報警信號使三極管Q導(dǎo)通，繼電器J工作，ULN2003A不使能，鎖定所有CPU輸出，裝置進入鎖定狀態(tài)，無任何輸出。

    當(dāng)沒火，而CPU由于某種原因沒有給出報警信號時，這時如果點火閥或者主氣閥有一個開著，555就會延時一段時間給出一個高電平使Q導(dǎo)通，ULN2003A不使能，鎖定所有輸出。在555延時的這段時間，如果又有火或者兩個閥門同時關(guān)閉，555會自動重新延時。
    由于有CPU和555的雙重保護，使得整個裝置在使用時更加安全。
2．2 點火電路
    點火電路如圖3所示，圖中MOC3023為雙向可控硅光耦，SCR為雙向可控硅，RV1為壓敏電阻，起到保護電路的作用。當(dāng)有打火信號(低電平)時，光耦工作，4端和6端導(dǎo)通，SCR的G、K兩端有電壓差，觸發(fā)SCR導(dǎo)通，A、K兩端導(dǎo)通，變壓器工作，輸出高壓給離子棒產(chǎn)生火花，從而進行點火。由于在打火時，會產(chǎn)生較大的干擾，所以在火線與零線接入C2和R5來進行濾波，減小干擾。

2．3 火焰檢測電路
    火焰的發(fā)射光譜是由紫外、可見光和紅外光的電磁輻射波段組成，火焰探測可以使用紫外線傳感器和紅外線傳感器，本裝置使用的紫外線傳感器。

    紫外線傳感器工作原理如圖4所示。在紫外線傳感器的陰極和陽極之間加上電壓后，當(dāng)火焰中的紫外線透過石英玻璃管照射在光電面的陰極上時，由于陰極涂敷有電子放射物質(zhì)，陰極就會發(fā)射光電子。在強電場的作用下，光電子被吸向陽極，光電子高速運動時與管內(nèi)氣體分子相碰撞而使氣體分子電離，氣體電離產(chǎn)生的電子再與氣體分子相碰撞，最終使陰極和陽極間被大量的光電子和離子所充斥，引起雪崩放電現(xiàn)象，電路中生成大的電流。當(dāng)沒有紫外線照射時，陰極和陽極間沒有電子和離子的流動，呈現(xiàn)出相當(dāng)高的阻抗。

    外圍檢測電路如圖5所示，圖中輸入端為UV探測器的輸出端，當(dāng)有火焰時，輸出端有較大的電流信號，電流大小可測，電流通過電阻到Q1的基級，Q1的集電極接Q2的基級，之后在Q2和Q1的發(fā)射級就有電壓差，這樣火焰指示燈亮，同時通過電阻R8將火焰信號傳輸給CPU。電路還可以通過調(diào)節(jié)電位器RV1來調(diào)節(jié)火焰探測的靈敏度。此電路組成簡單，但對火焰探測非常準確、靈敏。

3 軟件設(shè)計
    軟件設(shè)計框圖如圖6所示。

    1)初始化時，進入待機狀態(tài)State=0，關(guān)閉所有輸出。
    2)外部如果有報警則State=1，這時等待遠程復(fù)位信號的到來，當(dāng)有復(fù)位信號時State=2。如果外部沒報警則直接State=2。
    3)State=2進入點火，點火之前先判斷爐內(nèi)有火沒，如果有火則不打火，沒火進行點火到State=3。
    4)State=3進行點火，開啟點火變壓器和點火閥。點火后判斷點火成功否，點火成功State=4，點火不成功則輸出報警，關(guān)閉所有輸出，State=0。
    5)State=4開啟主氣閥，裝置正常工作。實時監(jiān)測火焰電流信號，一旦無火焰電流信號則State=5。
    6)State=5為熄火反應(yīng)，由模式控制開關(guān)選擇。State=6為立即報警；State=7為延時三秒報警；State=8為重新點火。

5 結(jié)束語
    目前智能點火控制系統(tǒng)已在鋼廠投入使用，運行良好。智能點火控制系統(tǒng)成本低但運行安全穩(wěn)定，能夠通過修改軟件來適應(yīng)不同的生產(chǎn)工藝，且具有軟件硬件的雙重保護和火焰實時檢測等特點，其運用環(huán)境應(yīng)該更加廣闊，但智能點火控制系統(tǒng)目前還只僅僅運用于罩式加熱爐，相信在不久的將來，智能點火控制系統(tǒng)會慢慢的運用于其它的加熱爐，讓更多的鋼廠熟知。