CN104482658B - 一种燃气热风炉智能控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明具体涉及一种燃气热风炉智能控制系统。目的是提供一种成本低廉、控制精确的燃气热风炉智能控制系统，包括带有人机界面的PLC控制系统，所述的PLC控制系统包括风温控制系统和PID过程控制模块，所述的风温控制系统包括温度探测器、燃气流量控制系统和进风量控制系统，所述的燃气流量控制系统连接燃气流量阀控制燃气流量，所述的进风量控制系统连接设置在热风炉进风口的进风阀控制进风量，所述的温度探测器设置在热风炉出风口处探测热风输出的风温，所述的PLC控制系统内置有温控程序。这样根据人机界面上输入的信息，系统自动计算参数值并控制相应的阀门动作，实现对风温的精确控制，本智能控制系统成本低廉，操作简便，适于推广。

Description

一种燃气热风炉智能控制系统

技术领域

本发明属于用于烘干的热风炉控制技术领域，具体涉及一种燃气热风炉智能控制系统。

背景技术

在食品、中草药等产品的生产过程中，需要进行干燥，通常通过晾晒或者人工鼓入热风来进行，而人工鼓入热风的方式生产效率明显更高，因此被广大生产厂家采用。现有的热风鼓入装置多是采用热风炉来产出适宜温度的热风。

现有的热风炉通过燃烧器生产热量，通过冷空气与换热筒之间进行换热产生热风，由于气流不稳、燃气燃烧不充分以及燃气质量等因素会造成热风炉中出来的热风温度出现波动，不利于热风的利用，另外热风炉是由导热效率高的金属板材焊接加工制成，在使用过程中，热风炉频繁的快速升温和降温会使板材表面逐渐的脱落金属屑，金属屑会随热风进入干燥设备中，不利于保证干燥物料的质量，需要在使用过程中升降温的时候采取一些缓冲的措施，使升降温的速度不要太快，显然，如果只靠人工来控制会十分的麻烦且控制的精度低。因此，急需自动化的控制手段来解决这一技术问题。

现有的热风炉自动控制系统主要是用于温度需求非常高的高炉热风炉，这些控制系统在用于控制烘干粮食、药材等温度需求低的热风炉时控制上，成本太高，同时这些控制系统非常复杂不适宜推广，因此急需降低热风炉控制系统的成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种成本低廉、控制精确的燃气热风炉智能控制系统。

为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：一种燃气热风炉智能控制系统，包括带有人机界面的PLC控制系统，所述的PLC控制系统包括风温控制系统和PID过程控制模块，所述的风温控制系统包括温度探测器、燃气流量控制系统和进风量控制系统，所述的燃气流量控制系统连接燃气流量阀控制燃气流量，所述的进风量控制系统连接设置在热风炉进风口的进风阀控制进风量，所述的温度探测器设置在热风炉出风口处探测热风输出的风温。

优选的：所述的PLC控制系统内置有温控程序，所述的温控程序包括升降温程序，用于控制炉温升降，包括以下步骤：

(1)根据风温及风量的需求计算单位时间燃气的需求量；

燃气需求量计算方式为：

式中，V为燃气需求量，T₂为目标风温，T₁为当前风温，V₁为需求风量，c为空气比热容，p为燃气的热值，a为热风炉的换热效率常数。

(2)根据单位时间燃气的需求量温控程序控制燃气流量阀逐步阶梯递增或递减燃气流量，同时控制进风阀同步递增或递减进风量，直到实际风温和风量达到目标参数，所述的燃气流量和进风量同时达到目标值，所述的风温和风量递增或递减的递增量或递减量为当前实际值与目标值的差值的3％～5％。

优选的：所述的温控程序还包括有炉温修正程序，用于修正炉温，包括以下步骤：

(1)风温和风量达到目标参数后，手动或自动进入炉温修正程序控制炉温；

(2)每间隔时间t，炉温修正程序对炉温进行一次修正；

(3)由PID过程控制模块根据炉温修正程序自动调整燃气进气量和进风量，

燃气修正量计算方式为：

式中，△V为燃气修正量，V₂为当前实际风量，c为空气比热容，p为燃气的热值，t为修正间隔，T₃为每次修正间隔开始时风温，T₄为每次修正间隔结束时风温，a为热风炉的换热效率常数，b为修正比例常数。

优选的：所述的修正间隔t为1min～5min。

优选的：所述的修正比例常数b为0.8～1.1。

优选的：所述的温控程序还包括有关机程序，所述的关机程序包括以下步骤：

(1)逐步阶梯递增或递减燃气流量直至燃气流量降为零，同时递减进风量，当燃气流量降为零后，仍保持一定的进风量；

(2)至热风炉主体结构温度降到常温后，将进风量降为零。

本发明具有以下有益效果：使用这样的热风炉智能控制系统实现了对热风炉操作的自动化，控制精确，避免人工操作出现差错，同时整个控制系统操作简便，成本低廉，适于推广使用。

附图说明

图1为本发明燃气热风炉智能控制系统的控制流程图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明做进一步的描述。

如图1所示的一种燃气热风炉智能控制系统，包括带有人机界面的PLC控制系统，人工在人机界面上输入风量、风温、时间等信息，信息被采集传递给PLC控制系统处理，所述的PLC控制系统包括风温控制系统和PID过程控制模块，所述的风温控制系统包括温度探测器、燃气流量控制系统和进风量控制系统，所述的燃气流量控制系统连接设置在燃烧器进气管上的燃气流量阀控制燃气流量，所述的进风量控制系统连接设置在热风炉进风口的进风阀控制进风量，温度探测器设置在热风炉出风口处探测热风输出的风温。

所述的PLC控制系统内置有温控程序，所述的温控程序包括升降温程序、炉温修正程序和关机程序。分别控制炉温升降、修正炉温偏差和执行关机步骤。PLC控制系统通过人机界面输入的信息执行相应的温控程序，并对风温控制系统发出指令，风温控制系统通过控制燃气流量阀、进风阀执行相应的指令完成对热风炉的控制。

升降温程序包括以下步骤：

(1)根据风温及风量的需求计算单位时间燃气的需求量；

燃气需求量计算方式为：

式中，V为燃气需求量，T₂为目标风温，T₁为当前风温，V₁为需求风量，c为空气比热容，p为燃气的热值，a为热风炉的换热效率常数，具体到每个不同型号的热风炉，a的值均不相同，需根据不同型号的热风炉进行设置。

(2)根据单位时间燃气的需求量温控程序控制燃气流量阀逐步阶梯递增或递减燃气流量，同时控制进风阀同步递增或递减进风量，直到实际风温和风量达到目标参数，所述的燃气流量和进风量同时达到目标值，所述的风温和风量递增或递减的递增量或递减量为当前实际值与目标值的差值的3％～5％。

递增量或者递减量的比例可根据实际的使用温度区间自行在程序中设置，如果使用的温度不是特别高，升降温的幅度也不是很大，可选择将递增量或者递减量的比例设置大一点，反之则设置小一点，在本实施例中，将风温和风量递增或递减的递增量或递减量均设置为4％。

风温及风量的需求经人机界面输入后传递给PLC控制系统，开始执行升降温程序，程序自动计算需要增加或者减少燃气量并控制燃气流量阀和进风阀执行操作，达到自动控制风温和风量的目的，特殊的，当只需要升降风温而风量不变时，程序即视为风温递增量为零。

其中燃气可以是天然气、液化石油气和沼气，不同的燃气其热值p不相同，使用时，需要根据不同的燃气调整p值。

炉温修正程序包括以下步骤：

(1)风温和风量达到目标参数后，手动或自动进入炉温修正程序控制炉温；

(2)每间隔时间t，炉温修正程序对炉温进行一次修正；

(3)由PID过程控制模块根据炉温修正程序自动调整燃气进气量和进风量，

燃气修正量计算方式为：

式中，△V为燃气修正量，V₂为当前实际风量，c为空气比热容，p为燃气的热值，t为修正间隔，T₃为每次修正间隔开始时风温，T₄为每次修正间隔结束时风温，a为热风炉的换热效率常数，b为修正比例常数。

在进入炉温修正程序控制后，温度探测计将实时探测得到的温度参数传回PLC控制系统，由于在实际产生的热风中，温度自身会存在一定的波动，因此如果频繁的调整风温参数，反而不利于控制风温，因此系统每间隔一定时间t才对炉温进行一次修正，在时间t内，系统对探测到的温度参数进行滑动平均计算，以得到的滑动平均值来计算燃气修正量。在本实施例中，t设置为3min，根据需要，可适当的对t的时间长短进行调整，时间过长可能出现温度偏差很大的情况，过短又会出现调整过于频繁使温度上下波动的情况，根据实验，将t设置为1～5min比较适宜。

修正比例常数b是起到防止出现修正量的理论计算值与实际的需求出现偏差的一个常量，跟具体的热风炉结构和型号有关，b的值一般为0.8～1.1之间，在本实施例中，b设置为0.85。b和t的值均可以根据实际的使用自行设定，本操作系统的人机界面上设置有输入端口，可自行调整。

关机程序包括以下步骤：

(1)逐步阶梯递增或递减燃气流量直至燃气流量降为零，同时递减进风量，当燃气流量降为零后，仍保持一定的进风量；

(2)至热风炉主体结构温度降到常温后，将进风量降为零。

关机程序同升降温程序一样，只是风量不与燃气量同步下调，主要是在关机后，热风炉设备本身仍然温度较高，保留一定的进风量可以加速其冷却，在本实施例中，当燃气流量降为零后，保持进风量0.5m3/s持续1小时，这样热风炉内部基本已降温到常温。

本实施例中的燃气热风炉智能控制系统，可以较精确控制热风炉的风温，且使用的设备易得，成本低，适于在风温需求不高的烘干用热风炉中进行推广。

Claims (4)

1.一种燃气热风炉智能控制系统，其特征在于：包括带有人机界面的PLC控制系统，所述的PLC控制系统包括风温控制系统和PID过程控制模块，所述的风温控制系统包括温度探测器、燃气流量控制系统和进风量控制系统，所述的燃气流量控制系统连接燃气流量阀控制燃气流量，所述的进风量控制系统连接设置在热风炉进风口的进风阀控制进风量，所述的温度探测器设置在热风炉出风口处探测热风输出的风温；

所述的PLC控制系统内置有温控程序，所述的温控程序包括升降温程序，用于控制炉温升降，包括以下步骤：

(1)根据风温及风量的需求计算单位时间燃气的需求量；

燃气需求量计算方式为：

式中，V为燃气需求量，T₂为目标风温，T₁为当前风温，V₁为需求风量，c为空气比热容，p为燃气的热值，a为热风炉的换热效率常数；

(2)根据单位时间燃气的需求量温控程序控制燃气流量阀逐步阶梯递增或递减燃气流量，同时控制进风阀同步递增或递减进风量，直到实际风温和风量达到目标参数，所述的燃气流量和进风量同时达到目标值，所述的风温和风量递增或递减的递增量或递减量为当前实际值与目标值的差值的3％～5％；

所述的温控程序还包括有炉温修正程序，用于修正炉温，包括以下步骤：

(1)风温和风量达到目标参数后，手动或自动进入炉温修正程序控制炉温；

(2)每间隔时间t，炉温修正程序对炉温进行一次修正；

(3)由PID过程控制模块根据炉温修正程序自动调整燃气进气量和进风量，

燃气修正量计算方式为：

式中，△V为燃气修正量，V₂为当前实际风量，c为空气比热容，p为燃气的热值，t为修正间隔，T₃为每次修正间隔开始时风温，T₄为每次修正间隔结束时风温，a为热风炉的换热效率常数，b为修正比例常数。

2.根据权利要求1所述的一种燃气热风炉智能控制系统，其特征在于：所述的修正间隔t为1min～5min。

3.根据权利要求1所述的一种燃气热风炉智能控制系统，其特征在于：所述的修正比例常数b为0.8～1.1。

4.根据权利要求1所述的一种燃气热风炉智能控制系统，其特征在于：所述的温控程序还包括有关机程序，所述的关机程序包括以下步骤：

(1)逐步阶梯递增或递减燃气流量直至燃气流量降为零，同时递减进风量，当燃气流量降为零后，仍保持一定的进风量；

(2)至热风炉主体结构温度降到常温后，将进风量降为零。