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智能PID调节器在陶瓷窑炉中的应用

日期:2024-03-29 19:05
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摘要: 智能PID调节器在陶瓷窑炉中的应用 摘 要:陶瓷窑炉广泛应用于各种陶瓷生产中,随着电子技术、计算机技术和自动控制技术的飞速发展,大部分窑炉都使用了智能仪表、PLC、变频器、液压、组态技术等等来实验窑炉陶瓷烧成过程的自动化控制。陶瓷窑炉自控系统中*关键的就是温度控制。本文主要介绍智能PID调节器在陶瓷窑炉中的应用智能调节器。 陶瓷窑炉的结构 陶瓷窑炉分为预热排烟区、升温过渡区、烧成氧化区、急冷区、过渡缓冷区和尾部直冷区六部分。 在预热排烟区是将陶瓷坯体的残余水分排出并逐渐加...

智能PID调节器在陶瓷窑炉中的应用

摘 要:陶瓷窑炉广泛应用于各种陶瓷生产中,随着电子技术、计算机技术和自动控制技术的飞速发展,大部分窑炉都使用了智能仪表、PLC、变频器、液压、组态技术等等来实验窑炉陶瓷烧成过程的自动化控制。陶瓷窑炉自控系统中*关键的就是温度控制。本文主要介绍智能PID调节器在陶瓷窑炉中的应用智能调节器

陶瓷窑炉的结构

    陶瓷窑炉分为预热排烟区、升温过渡区、烧成氧化区、急冷区、过渡缓冷区和尾部直冷区六部分。

    在预热排烟区是将陶瓷坯体的残余水分排出并逐渐加热;在升温过渡区是将发生物理转化和化学反应,排出结晶水,坯体中残留的有机物充分氧化分解;在烧成氧化区采用高速烧嘴,按实际需要量自动比例供给天然气与助燃风,使燃料充分燃烧,提供充足的陶瓷烧成气氛,并要求温度控制准确;在急冷区是自动吹进适量的冷风进行产品冷却;在过渡缓冷区是冷空气进入窑炉内与烧制的陶瓷制品散发出来的热量进行交换形成热风随抽风口排出;在直冷区是冷却风机直接吹进小压力大流量的冷风进行快速冷却厦门宇电温控仪

    由于关键温度的控制主要是在升温区和烧成区,如图1的窑炉升温区和烧成区结构模型,图2 为PID自整定智能仪表在窑炉升温区和烧成区的分布。

图1:陶瓷窑炉升温区和烧成区结构模型

图2:PID自整定智能仪表在窑炉控制系统中的分布

仪表的控制方式

    PID自整定智能仪表有模拟量控制输出、开关量输出等输出方式。陶瓷窑炉一般采用开关量输出中继电器正、反转接点输出形式到控制燃气阀门的执行器电机,控制阀门开度的大小,实现流量控制。其接点容量为3A/220V,电气使用寿命100000 次以上,工作周期(PID调节)可在0-200s内选择,精度达到10ms。仪表在自动控制输出时,将根据PID控制算法,当控制输出量百分比小于反馈值时,仪表输出反转,直至控制输出量等于反馈值。当控制输出量百分比大于反馈值时,仪表输出正转,直至控制输出量等于反馈值宇电PID调节仪

    陶瓷窑炉的热源一般是采用天然气和空气混合通过专用高速燃烧喷嘴实现,根据化学燃烧反应,计算准确地空气与天燃气的比例值,采用相应的天燃气管压和助燃风压。

陶瓷窑炉的升温区和烧成区采用七组燃烧点自动比例双控式,即自动控制助燃风、自动控制天然气。

    工作原理:智能仪表、自动执行器和热电偶互通构成温度控制调节系统,在智能仪表上设定需要的温度高精度温度计,确认输入后即自动投入调温状态,热电偶分别安装在各个温区,将探测的温度数据反馈给智能仪表,智能仪表进行偏差计算、PID控制调节输出指令给自动执行器,自动执行器根据接收到的指令信号,驱动执行马达进行比例调整助燃风、天然气的流量,保证均衡的烧成气氛和稳定的温度控制指标。如图3 所示PID自整定智能仪表与电动执行器构成温度控制系统结构图。

图3:智能PID调节器与电动执行器构成系统结构图

智能仪表的PID 调节

    由于陶瓷窑炉的烧成制度与工艺要求,控制的温度波动值要小于±3℃。所以对温度控制器的调节精度提出苛刻的要求。PID自整定智能仪表采用*优化PID算法,通过使用有限周期法,强制改变操作变量来测定控制系统的特性,以确定*佳的PID参数,因此完全满足陶瓷窑炉温度控制的精度要求。在智能仪表上设定需要的温度,确认输入后即自动投入到自整定调温状态宇电流量积算仪

1、 PID三个基本参数在实际控制中的作用

1)P-比例调节作用:按比例反应系统的偏差,系统一旦出现偏差,比例调节立即产生调节作用以减少偏差。

2)I-积分调节作用:使系统消除稳态偏差,提高无差度。因为有偏差,积分调节就进行,直至无差积分调节停止,积分调节输出一定值。

3)D-微分调节作用:反应系统偏差信号的变化率, 具有预见性, 能遇见偏差变化的趋势,因此能产生超前的控制作用,在偏差还未形成前,已被微分作用消除,因此,可以改善系统的动态性能。

2、PID三个基本参数在温度控制中的人工调整厦门宇电无纸记录仪

    在实际的陶瓷窑炉温度控制中,由于各点温度受窑内压力、胚体形状尺寸及干湿度、喷嘴的位置燃料热值及成分的不同等因素的影响。整个窑炉内温度控制面临着着多变量偶合、大惯性、滞后时间常数大、非线性等干扰因素。现实际应用中普遍以PID方式对在各喷嘴进行分散控制,由于多种变量的藕合结果,使PID的参数在整定上极为复杂而且控制反应速度慢,超调量过大,控制效果不能达到理想的陶瓷烧成温度控制要求,对产品质量存有一定的影响。PID控制参数多是先确定采样周期,再调整比例系数,然后是积分常数,*后是微分常数。对于温度控制系统的采样周期一般为10-20s。

    PID自整定智能仪表采用*优PID算法, 能很快速的将偏差调整到稳定控制状态,但在大扰动、阶跃性干扰时可能会出现自整定缓慢,出现类似上述情况时该控制仪给出了人工调节方式,使系统快速恢复正常自整定运行。如图5PID控制人工调节方法厦门宇电巡检仪

 

仪表的通讯语

    PID自整定智能仪表的通讯协议为二线制、三线制或四线制( 如 RS-485、RS-323、RS-422 等),波特率300--9600bps 可由仪表内部参数自由设定。接口与主机采用光电隔离,提高了系统的可靠性及数据的**性。通讯距离可达1公里。上位机可采集各种信号与数据,构成管理和控制系统。配用工控组态软件,可实现多台PID自整定智能仪表与一台或多台计算机进行联机通讯,系统采用主—从通讯方式,能方便的构成各种能源管理和控制系统。整个控制回路只需一根二( 三、四) 芯电缆,即可实现与上位机通讯,上位机可呼叫用户设定的设备号,随时调用各台仪表的现场数据,并可进行仪表内部参数设定电炉控制柜