CN106017050A - 一种热风干燥机温度自动调节系统及方法 - Google Patents

一种热风干燥机温度自动调节系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种热风干燥机温度自动调节系统及方法，所述方法包括：采集干燥机进口热风的实际温度值；接收代表实际温度值的电流输入信号和根据工艺要求规定的温度设定值；将温度设定值和实际温度值进行比较，得到设定温度值和实际温度值的偏差值；对该偏差值进行滤波处理，得到参与逻辑运算的偏差值；对滤波处理后的偏差值进行逻辑运算处理，得到映射控制量；对设定温度值下的控制变量和映射控制量进行逻辑运算，得到结果作为一控制变量；控制变量输出调节电动闸板机构；调节干燥机进口的热风温度；稳定干燥机出口的热风温度。本发明是一个动态的调整方法，系统稳定，控制精度高，提高了干燥机温度调节的自动化水平。

Description

一种热风干燥机温度自动调节系统及方法
技术领域
本发明涉及自动控制领域，属于石膏板厂辅助系统，尤其涉及一种热风干燥机温度自动调节系统及方法。
背景技术
石膏板干燥是生产过程中一个重要的工序环节，干燥过程中，温度控制精度要求比较高，其干燥程度直接影响到产品的质量。干燥机是石膏板干燥工序中重要的工艺设备，其热能的提供主要是煤、天然气等。
目前，根据设计工艺不同，干燥热能传递也不同。天然气燃烧可直接加热干燥机风室的空气，系统热传导惯性小，升温降温过程比较迅速稳定，热传导过程损失小，因此该系统采用传统的控制方法就可达到良好的效果，但使用天然气提供热能，工艺复杂、成本较高。现设计的工艺控制大都使用沸腾炉燃煤提供热能，此种方式工艺简单，成本低。如图1所示干燥机热能传递系统结构图。
参照图1所示，沸腾炉燃煤的热烟气(在热烟管道109内)不能直接干燥石膏板，通过交换器107将热能直接交换给鼓风机106吹进的冷风(干燥机烘干石膏板后的风)，冷风变成热风通过热风管道101进入第一风室102，去干燥窑103烘干石膏板，然后，冷风通过第二风室104、冷风管道105回到鼓风机106，加压进入交换器107再变成热风。在整个循环过程中，温度的调节是通过调节安装在热烟管道上的电动闸板机构108的开度，热烟的温度决定了热风的温度高低，也就决定了干燥机进口温度的高低。通过改变电动闸板机构108的开度就能达到稳定干燥机出口温度的目的，就可以保证石膏板干燥效果。此系统具有较大的惯性，温度调节滞后，热负荷变化较大，因素复杂，是典型的大迟滞系统。不管是在石膏板进入干燥机的初期、生产间隔期、停止生产，还是正常连续生产，由于此系统的影响参数较多，再加上不连续时热负荷的变化较大，温度波动频繁，容易造成板材干燥质量不合格。为减少温度变化产生的不合格品，有经验的控制者往往采用手动控制缩短波动时间，这样增加劳动强度。同时，操作者的经验决定了控制的准确性，还需提前对变化趋势进行预测。因此，设计一种干燥机温度自动调节系统及方法是十分必要的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种热风干燥机温度自动调节系统及方法，实现对热风干燥机温度自动调节的目的。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种热风干燥机温度自动调节系统，包括：
温度检测反馈模块，输入端与干燥机进口相连；
控制装置，输入端与温度检测反馈模块相连，输出端与电动闸板机构相连；
所述控制装置包括：输入模块、控制运算模块、输出模块；输入模块将接收的设定温度值和干燥机进口温度信号输出到控制运算模块，控制运算模块输出运算结果信号到输出模块，输出模块输出控制信号到电动闸板机构。
优选的，所述温度检测反馈模块包括：温度检测元件和温度变送模块。
优选的，所述温度检测元件为安装在干燥机进口的热电阻。
优选的，控制运算模块，将温度设定值和干燥机进口温度信号进行比较，得到偏差值，对偏差值进行滤波运算得到控制信号。
优选的，所述控制运算模块，包括滤波单元和逻辑运算单元。
优选的，所述控制装置为可编程逻辑控制器。
为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种热风干燥机温度自动调节方法，包括：
步骤501，采集干燥机进口热风的实际温度值；
步骤502，接收代表实际温度值的电流输入信号和根据工艺要求规定的温度设定值；
步骤503，将温度设定值和实际温度值进行比较，得到设定温度值和实际温度值的偏差值；
步骤504，对该偏差值进行滤波处理，得到参与逻辑运算的偏差值；
步骤505，对滤波处理后的偏差值进行逻辑运算处理，得到映射控制量；
步骤506，对设定温度值下的控制变量和映射控制量进行逻辑运算，得到结果作为一控制变量；
步骤507，控制变量输出调节电动闸板机构；
步骤508，调节干燥机进口的热风温度；
步骤509，稳定干燥机出口的热风温度。
优选的，步骤504中对该偏差值进行滤波处理，包括：
当e＜0时，令若y＞-1，则e＜-1；
当e＞0时，令若y<1，则e＞1；
其中：
e1为周期t内第一次采样值；
e2为周期t内第二次采样值；
e3为周期t内第三次采样值；
……
et为周期t内第t次采样值；
t为采样周期，单位秒；x为t次采样值的平均值，y为计算中间值，作为判断e大于1或是小于-1的依据。
优选的，步骤505中对滤波处理后的偏差值进行逻辑运算处理，得到映射控制量，包括：
当0≤e＜1，U＝U0 (式二)
当e＝1时，U＝U0+U1 (式三)
当e＞1时，T1＝Ta，U＝U0+U11 (式四)
当-1＜e≤0，U＝U0 (式五)
当e＝-1时，U＝U0-U2 (式六)
当e＜-1时，T2＝Tb，U＝U0-U22 (式七)
其中：
e为温度设定值和反馈实际温度值进行比较，得到的偏差值；
U为控制输出变量；
U0为当前温度设定值下的控制变量；
U1为映射控制量；
U11为映射控制量；
U2为映射控制量；
U22为映射控制量；
T1为温度变化范围内调节周期；
Ta为温度设定值下的调节周期；
T2为温度变化范围内调节周期；
Tb为温度设定值下的调节周期。
优选的，U1＝875；U11＝500；U2＝750；U22＝500；Ta＝240s；Tb＝480s。
本发明提供的系统及方法是一种动态的调整方法，有效实现了调节干燥机的进口温度，稳定出口温度，相比直接调节干燥机出口的温度更稳定。本发明通过对调节周期参数的设定，缓解了调节的滞后性，提高了干燥机热风温度控制的可控性，控制精度远高于手动调节时温度的精度。本发明一个优化方案是对偏差值进行了滤波处理，提高了系统的稳定性，一方面可提高板材干燥质量。另一方面，操作者操作简单，劳动强度明显降低，提高了干燥机温度调节的自动化水平。
附图说明
图1为干燥机热能传递系统结构示意图。
图2为本发明实施例的热风干燥机温度自动调节系统结构示意图。
图3为本发明实施例的温度检测反馈模块结构示意图。
图4为本发明实施例的控制运算模块结构示意图。
图5为本发明实施例的热风干燥机温度自动调节方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参照图2所示，为本发明实施例的干燥机温度自动调节系统结构示意图，所述系统包括：温度检测反馈模块201、PLC输入模块202、控制运算模块203、PLC输出模块204和电动闸板机构205，通过上述模块实现对干燥机207的温度进行调节。
其中温度检测反馈模块201由温度检测元件2011，温度变送模块2012组成，如图3所示。
参照图3所示，温度检测元件2011即安装在干燥机进口的热电阻，用于采集干燥机进口温度。温度变送模块2012与PLC输入模块202连接，将热电阻测定的温度信号变换成4-20mA标准电流信号，发送到PLC输入模块202。
PLC输入模块202用于接收含有温度值的4-20mA标准电流信号和根据工艺要求规定的温度设定值206。
控制运算模块203是该系统的核心，参照图4所示。控制运算模块203包括滤波单元4011和逻辑运算单元4012，用于将温度设定值206和反馈实际温度值进行比较，得到一个偏差值e，对偏差值e进行滤波处理，逻辑运算得到一控制信号，不同的偏差e的大小，根据不同的逻辑控制，得到不同的控制信号。
e＝SV-PV (式一)
其中：
e为温度设定值和反馈实际温度值进行比较，得到的偏差值；
SV是根据工艺要求规定的温度设定值；
PV是干燥机反馈实际温度值。
根据工艺控制要求当-1＜e＜1时，不需要对干燥机进口温度进行调整，当e≤-1或e≥1时，才需对干燥机温度做出相应的调整，由于采集的干燥机进口实时温度变化率大，必须对偏差值e进行滤波处理：
当e＜0时，令若y＞-1，则e＜-1
当e＞0时，令若y<1，则e＞1
其中：
e1为周期t内第一次采样值；
e2为周期t内第二次采样值；
e3为周期t内第三次采样值；
……
et为周期t内第t次采样值；
t为采样周期，单位秒，本实施例中t＝15s。
对偏差值e进行逻辑运算：
当0≤e＜1，U＝U0 (式二)
当e＝1时，U＝U0+U1 (式三)
当e＞1时，T1＝Ta，U＝U0+U11 (式四)
当-1＜e≤0，U＝U0 (式五)
当e＝-1时，U＝U0-U2 (式六)
当e＜-1时，T2＝Tb，U＝U0-U22 (式七)
其中：
e为温度设定值和反馈实际温度值进行比较，得到的偏差值；
U为控制输出变量；
U0为当前温度设定值下的控制变量；
U1为映射控制量，本实施例中U1＝875；
U11为映射控制量，本实施例中U11＝500；
U2为映射控制量，本实施例中U2＝750；
U22为映射控制量，本实施例中U22＝500；
T1为温度变化范围内调节周期；
Ta为温度设定值下的调节周期，本实施例中Ta＝240s；
T2为温度变化范围内调节周期；
Tb为温度设定值下的调节周期，本实施例中Tb＝480s；
上述控制运算模块203与PLC输出模块204连接，运算得到的控制信号整定成4-20mA标准电流信号，由PLC输出模块204输出，控制电动闸板机构。
电动闸板机构接收PLC输出模块204的4-20mA标准电流信号，对应0-100％的闸板开度，调节闸板的开度大小，控制热烟的流量，从而调节干燥机热风的温度。
上述干燥机温度自动调节系统的控制方法原理，参照图5所示的干燥机温度自动调节控制方法流程图。由图5可知，本发明实施例的干燥机温度自动调节控制方法，包括：
步骤501，采集干燥机进口热风的实际温度值；
步骤502，接收代表实际温度值的电流输入信号和根据工艺要求规定的温度设定值；
步骤503，将温度设定值和实际温度值进行比较，得到设定温度值和实际温度值的偏差值；
步骤504，对该偏差值进行滤波处理，得到参与逻辑运算的偏差值；
步骤505，对该偏差值进行逻辑运算处理，得到映射控制量；
步骤506，对设定温度值下的控制变量和映射控制量进行逻辑运算，得到结果作为一控制变量；
步骤507，控制变量输出调节电动闸板机构；
步骤508，调节干燥机进口的热风温度；
步骤509，稳定干燥机出口的热风温度。
其中，步骤504中对该偏差值进行滤波处理，包括：
当e＜0时，令若y＞-1，则e＜-1；
当e＞0时，令若y<1，则e＞1；
其中：
e1为周期t内第一次采样值；
e2为周期t内第二次采样值；
e3为周期t内第三次采样值；
……
et为周期t内第t次采样值；
t为采样周期，单位秒；x代表t次采样值的平均值；y为计算中间值，作为判断e大于1或是小于-1的依据。
其中，步骤505中对偏差值进行运算处理，得到映射控制量，包括：
当0≤e＜1，U＝U0 (式二)
当e＝1时，U＝U0+U1 (式三)
当e＞1时，T1＝Ta，U＝U0+U11 (式四)
当-1＜e≤0，U＝U0 (式五)
当e＝-1时，U＝U0-U2 (式六)
当e＜-1时，T2＝Tb，U＝U0-U22 (式七)
其中：
e为温度设定值和反馈实际温度值进行比较，得到的偏差值；
U为控制输出变量；
U0为当前温度设定值下的控制变量；
U1为映射控制量，本实施例中U1＝875；
U11为映射控制量，本实施例中U11＝500；
U2为映射控制量，本实施例中U2＝750；
U22为映射控制量，本实施例中U22＝500；
T1为温度变化范围内调节周期；
Ta为温度设定值下的调节周期，本实施例中Ta＝240s；
T2为温度变化范围内调节周期；
Tb为温度设定值下的调节周期，本实施例中Tb＝480s。
本系统有效实现了调节干燥机的进口温度，稳定出口温度控制方式，相比直接调节干燥机出口的温度更稳定，缓解调节的滞后性，提高了干燥机热风温度控制的可控性，控制精度远高于手动调节时温度的精度，系统更加稳定，提高板材干燥质量。另一方面，操作者操作简单，劳动强度明显降低，提高了干燥机温度调节的自动化水平，达到预期的设计效果。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种热风干燥机温度自动调节系统，其特征在于，包括：
温度检测反馈模块，输入端与干燥机进口相连；
控制装置，输入端与温度检测反馈模块相连，输出端与电动闸板机构相连；
所述控制装置包括：输入模块、控制运算模块、输出模块；输入模块将接收的设定温度值和干燥机进口温度信号输出到控制运算模块，控制运算模块输出运算结果信号到输出模块，输出模块输出控制信号到电动闸板机构。
2.如权利要求1所述的热风干燥机温度自动调节系统，其特征在于，所述温度检测反馈模块包括：温度检测元件和温度变送模块。
3.如权利要求2所述的热风干燥机温度自动调节系统，其特征在于，所述温度检测元件为安装在干燥机进口的热电阻。
4.如权利要求1所述的热风干燥机温度自动调节系统，其特征在于，
控制运算模块，将温度设定值和干燥机进口温度信号进行比较，得到偏差值，对偏差值进行滤波运算得到控制信号。
5.如权利要求4所述的热风干燥机温度自动调节系统，其特征在于，所述控制运算模块，包括滤波单元和逻辑运算单元。
6.如权利要求1所述的热风干燥机温度自动调节系统，其特征在于，所述控制装置为可编程逻辑控制器。
7.一种热风干燥机温度自动调节方法，其特征在于，包括：
步骤501，采集干燥机进口热风的实际温度值；
步骤502，接收代表实际温度值的电流输入信号和根据工艺要求规定的温度设定值；
步骤503，将温度设定值和实际温度值进行比较，得到设定温度值和实际温度值的偏差值e；
步骤504，对该偏差值e进行滤波处理，得到参与逻辑运算的偏差值；
步骤505，对滤波处理后的偏差值进行逻辑运算处理，得到映射控制量；
步骤506，对设定温度值下的控制变量和映射控制量进行逻辑运算，得到结果作为一控制变量；
步骤507，控制变量输出调节电动闸板机构；
步骤508，调节干燥机进口的热风温度；
步骤509，稳定干燥机出口的热风温度。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，
步骤504中对该偏差值进行滤波处理，包括：
当e＜0时，令若y>-1，则e＜-1；
当e＞0时，令若y<1，则e＞1；
其中：
e1为周期t内第一次采样值；
e2为周期t内第二次采样值；
e3为周期t内第三次采样值；
……
et为周期t内第t次采样值；
t为采样周期，单位秒；x代表t次采样值的平均值，y为计算中间值，作为判断e大于1或是小于-1的依据。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤505中对滤波处理后的偏差值进行逻辑运算处理，得到映射控制量，包括：
当0≤e＜1，U＝U0 (式二)
当e＝1时，U＝U0+U1 (式三)
当e＞1时，T1＝Ta，U＝U0+U11 (式四)
当-1＜e≤0，U＝U0 (式五)
当e＝-1时，U＝U0-U2 (式六)
当e＜-1时，T2＝Tb，U＝U0-U22 (式七)
其中：
e为温度设定值和反馈实际温度值进行比较，得到的偏差值；
U为控制输出变量；
U0为当前温度设定值下的控制变量；
U1为映射控制量；
U11为映射控制量；
U2为映射控制量；
U22为映射控制量；
T1为温度变化范围内调节周期；
Ta为温度设定值下的调节周期；
T2为温度变化范围内调节周期；
Tb为温度设定值下的调节周期。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，
U1＝875；U11＝500；U2＝750；U22＝500；Ta＝240s；Tb＝480s。
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