CN103032965B - 一种茶叶烘干机燃煤热风炉的智能恒温控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种茶叶烘干机燃煤热风炉的智能恒温控制系统，其特征在于：该系统通过采集烘干机送风口的热风温度、燃煤热风炉的排烟温度以及引烟机的电频率，经一PLC进行PID运算和模糊运算后，并根据该运算结果发出控制信号，通过变频控制引烟机的电机转速。本发明首次将PID智能控制技术与变频技术综合应用于茶叶烘干机的燃煤热风炉的引风风量调节，克服了以往仅调节烘干机的热风量造成温度不稳定，影响茶叶品质的弊端，达到节能减排、茶叶品质显著提高的效果。

Description

一种茶叶烘干机燃煤热风炉的智能恒温控制系统
技术领域
本发明涉及茶叶烘干机燃煤热风炉的温度控制领域，特别是一种茶叶烘干机燃煤热风炉的智能恒温控制系统。
背景技术
加工1kg干茶需蒸发3.2-3.5kg水，按理论计算需消耗热量7620KJ，但在实际生产中，烘干1kg干茶需要消耗热量约29300KJ，耗标准煤1.1-1.5kg，热效率仅为21-24%。茶叶加工中消耗热量最大的属茶叶烘干，目前全国茶叶加工厂约50%仍使用煤作为燃料。
茶叶烘干能耗主要由5部分组成：（1）用于蒸发茶叶水分的能耗，一般占20-30%；（2）茶叶升温及萎凋、烘干作业废气带走的热量约占20-40%；（3）热风炉排烟热损失，约占30-40%；（4）热风炉蓄热散热损失，占5-10%；（5）其他热损失，如不完全燃烧等，占10-15%。热损失最严重的是烟气带走的热量。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的提供一种茶叶烘干机燃煤热风炉的智能恒温控制系统。
本发明采用以下方案实现：一种茶叶烘干机燃煤热风炉的智能恒温控制系统，其特征在于：该系统通过采集烘干机送风口的热风温度、燃煤热风炉的排烟温度以及引烟机的电频率，经一PLC进行PID运算和模糊运算后，并根据该运算结果发出控制信号，通过变频控制引烟机的电机转速。
在本发明一实施例中，所述采集热风温度和排烟温度采用铂电阻测温元件，该铂电阻测温元件采集的信号经信号调理电路、A/D转换器后发送给所述PLC。
在本发明一实施例中，所述PID运算是：实测热风温度比设定温度低5℃以上时，采用PI调节，P=30.0，I=3.0；实测热风温度与设定温度偏差低于5℃时，采用PID调节，P=40.0，I=6.0，D=0.5。
在本发明一实施例中，所述的模糊运算：当所述排烟温度达到215℃，引烟机保持最低电频率20HZ；如排烟温度在215℃—240℃之间，将引烟机的最低电频率乘以0.98-0.8。
在本发明一实施例中，所述的模糊运算还包括以引烟机频率为输入信号的模糊控制；引烟机电频率分低区20-40 HZ和高区40-50 HZ，当处于低区时，引烟机保持最低电频率20HZ，保证热风炉不会出现缺氧燃烧；当处于高区时，启动所述PID调节。
在本发明一实施例中，当所述引烟机电频率高于40HZ，并且排烟温度持续下降10℃，该系统将报警提示需要添加燃料。
在本发明一实施例中，该系统能控制2-10台热风炉。
本发明首次将PID智能控制技术与变频技术综合应用于茶叶烘干机的燃煤热风炉的引风风量调节，克服了以往仅调节烘干机热风炉热风量造成温度不稳定，影响茶叶品质的弊端，达到节能减排、茶叶品质显著提高的效果；有效地解决了燃煤热风炉由于煤燃烧波动造成烘干温度忽高忽低，受烧煤工人为因素影响大，烘干机热风温度冲高造成茶叶高火甚至焦化，排烟耗能大等问题。
附图说明
图1是现有的茶叶烘干机结构示意图。
图2是本发明PID控制原理示意图。
图3是本发明智能恒温控制系统结构原理图。
图4是本发明控制前后的热风温度比较示意图。
图5是本发明控制前后的排烟温度比较示意图。
其中1为炉栅，2为炉膛，3为引烟机，4为烟囱，5为热交换壁，6为烟气回路标识，7为空气回路标识；8为炉门。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
请参照图1、图2和图3，本发明一种茶叶烘干机燃煤热风炉的智能恒温控制系统，其特征在于：该系统通过采集烘干机燃煤热风炉送风口的热风温度、排烟温度以及引烟机的电频率，经一PLC进行PID运算和模糊运算后，并根据该运算结果发出控制信号，通过变频控制引烟机的电机转速。
在本发明一实施例中，所述采集热风温度和排烟温度采用铂电阻电阻测温元件，该铂电阻测温元件采集的信号经信号调理电路、A/D转换器后发送给所述PLC。
较佳的，如表一所示，本发明所述PID运算是：实测热风温度比设定温度低5℃以上时，采用PI调节，P=30.0，I=3.0；实测热风温度与设定温度偏差低于5℃时，采用PID调节，P=40.0，I=6.0，D=0.5。其运算的数学模型为：                                                ；其中，u(t)为PID控制器输出；e(t)为PID控制器的输入，它是给定值和被控对象输出值的差，称偏差信号；为PID控制器的比例系数，也称P；为PID控制器的积分时间，也称I；为PID控制器的微分时间，也称D。
表一
在本发明一实施例中，所述的模糊运算：当所述排烟温度达到215℃，引烟机保持最低电频率20HZ；如排烟温度在215℃—240℃之间（例如225℃），将引烟机的最低电频率乘以0.98-0.8，请参见表二。
表二
此外，该模糊运算还包括以引烟机电频率为输入信号的模糊控制；引烟机电频率分低区20-40 HZ 和高区40-50HZ，当处于低区时，引烟机保持最低电频率20HZ，保证热风炉不会出现缺氧燃烧；当处于高区时，启动所述PID调，请参见表三。
表三
当所述引烟机电频率高于40HZ，并且排烟温度持续下降10℃，该系统将报警提示需要添加燃料，请参见表四。
表四
请继续参见图3，本发明的系统能控制2-10台热风炉。其控制效果如图4和图5所示。本发明可通过触摸屏输入设定的烘干温度，测量装置在线采集烘干机送风口的热风温度（即热风炉送出的热风）和排烟温度，通过串行通讯接口 RS 485实现与PLC之间的连接和通讯，在PLC内部将信号与设定值进行PID（比例、积分和微分的综合运算）智能运算和模糊比较，求出温度的误差和误差变化，通过查询模糊决策表取得控制信号，从而变频控制引烟机的电机转速，达到智能控制引烟机风量，降低排烟多余热量，节能减排恒温控制的目的。应用该系统的技术，可减少排烟60%以上，节约燃煤25%，节约用电40%，降低噪音12%，提高茶叶品质稳定性，总收益投资比达到5-7倍，达到提高茶叶烘干温度和茶叶品质的稳定性，节能减排的目的，应用前景十分广阔。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (1)

1.一种茶叶烘干机燃煤热风炉的智能恒温控制系统，其特征在于：该系统通过采集烘干机送风口的热风温度、燃煤热风炉的排烟温度以及引烟机的电频率，经一PLC进行PID运算和模糊运算后，并根据该运算结果发出控制信号，通过变频控制引烟机的电机转速；
所述PID运算是：实测热风温度比设定温度低5℃以上时，采用PI调节，P=30.0，I=3.0；实测热风温度与设定温度偏差低于5℃时，采用PID调节，P=40.0，I=6.0，D=0.5；
该系统能控制2-10台热风炉;
    所述采集热风温度和排烟温度采用铂电阻测温元件，该铂电阻测温元件采集的信号经信号调理电路、A/D转换器后发送给所述PLC;
    所述的模糊运算：当所述排烟温度达到215℃，引烟机保持最低电频率20HZ；如排烟温度在215℃—240℃之间，将引烟机的最低电频率乘以0.98-0.8;
    所述的模糊运算还包括以引烟机频率为输入信号的模糊控制；引烟机电频率分低区20-40 HZ和高区40-50 HZ，当处于低区时，引烟机保持最低电频率20HZ，保证热风炉不会出现缺氧燃烧；当处于高区时，启动所述PID调节;
    当所述引烟机电频率高于40HZ，并且排烟温度持续下降10℃，该系统将报警提示需要添加燃料;
    该系统是通过触摸屏实现人机交互。
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