CN110609580A - 一种工频集肤伴热系统恒温控制方法及恒温控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工频集肤伴热系统恒温控制方法，属于工频集肤伴热系统控制领域，通过定时采集输液管出口目标加热体的当前温度，从而能够计算当前温度与设定温度目标的温差值，根据获取的当前温差值通过PID计算得到功率控制器输出，本发明通过定时采集计算当前温度与设定温度目标的温差值，利用获取的当前温差值通过PID计算得到不同时刻功率控制器的输出值，从而能够根据目标加热体的温度适时调节输出功率，减少加热电源的通断次数，降低对供电变压器和负载产生的冲击，提高系统使用寿命，而且通过PID计算调节控制集肤伴热输出电流，能够是目标加热体保持在设定范围内，确保控制精度。

Description

一种工频集肤伴热系统恒温控制方法及恒温控制系统

技术领域

本发明属于工频集肤伴热系统控制领域，具体涉及一种工频集肤伴热系统恒温控制方法。

背景技术

管道集肤效应电伴热技术是大型石油化工等企业热输管道加热保温的新技术。原理主要基于交流电的“集肤效应”和“邻近效应”。在集肤伴热系统中，加热管中的电缆和热管间通过电流时，由于钢管的尺寸、材质、交流电频率间存在一定的关系，交流电并非均匀的流经钢管截面，而是集中流过其内表面，并且电流密度按指数规律向外表面减小，钢管外表面电压电流几乎为零，很安全，因此钢管直接焊接在输送管上。而热管内壁上集肤的电流将产生焦耳热，热量通过焊缝及导热胶泥迅速传给输送管，来满足伴热的需要。目前应用包括：油田、海上平台、海底输油管线、炼油工业生产管线、石化厂、化工厂、化肥厂、核电站、油品交易中转站、钢铁厂、水泥厂、塑料加工、食用油加工、巧克力加工等众多领域。常见的工频集肤伴热系统温度控制采用通断法，分为手动控制和自动控制，手动控制即通过人来控制电源通断，人为因素较大，操作不便。自动控制利用温度传感器或温度开关监控出口温度，自动判断电源打开还是关闭。两种控制方法均会频繁通断电源，对供电变压器和负载产生较大冲击，影响系统使用寿命。并且会产生温度超调，较多的热量被浪费，出口温度波动，不适用于温度要求精度较高的场所。通断法长期频繁启停系统会对集肤设备产生不良影响，控制精度低，不节能减排。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工频集肤伴热系统恒温控制方法，以克服现有技术的不足。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种工频集肤伴热系统恒温控制方法，包括以下步骤：

步骤1)、定时采集输液管出口目标加热体的当前温度，计算当前温度与设定温度目标的温差值e(k)；

步骤2)、根据得到的当前温差值e(k)通过PID计算得到功率控制器输出Δu(k)；

Δu(k)＝Kp[e(k)-e(k-1)]+Kie(k)+Kd[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]；

e(k-1)和e(k-2)分别为上帧温差值和上上帧温差值；Kp为比例参数，Ki为积分参数，Kd为微分参数；

最终得到集肤伴热输出电流I：I＝Ie*Δu(k)％，Ie为集肤伴热功率控制器的额定电流。

进一步的，其中Kp、Ki和Kd取值均为0～9999.99。

进一步的，步骤1)中，每20ms-60ms获取一次输液管出口目标加热体的当前温度。

进一步的，每20ms获取一次输液管出口目标加热体的当前温度。

进一步的，集肤伴热功率控制器的额定电流Ie小于集肤回路耐受电流。

进一步的，功率控制器的选取，功率控制器的额定电流Ie：

Pe为功率控制器的额定功率，Ue为功率控制器的额定电压，Qe为目标加热体单位时间T内所要吸收的有效热量，K为热量转化率；

其中

Qe＝c×m×Δt

Δt为输液管内目标加热体的要求最大温升，_c为目标加热体的比热容，m为单位时间T管道内液体的最大质量。

进一步的，k取值为0.6-0.8。

一种工频集肤伴热系统恒温控制系统，包括功率控制器、温控表以及设置于输液管一侧的伴热管，伴热管外侧设有伴热电缆，输液管内的目标加热体末端设有温度传感器，温度传感器连接于温控表，温控表通过连接线连接于功率控制器，功率控制器连接于伴热电缆，功率控制器内设置上述工频集肤伴热系统恒温控制方法程序。

进一步的，还包括连接于温控表和功率控制器的人机交互模块，人机交互模块用于显示温控表检测的温度，人机交互模块提供监测平台及为功率控制器设定温度目标提供虚拟按键。

进一步的，还包括用于集成温控表、功率控制器和人机交互模块的恒温控制柜，人机交互模块设置于恒温控制柜外侧。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明一种工频集肤伴热系统恒温控制方法，通过定时采集输液管出口目标加热体的当前温度，从而能够计算当前温度与设定温度目标的温差值，根据获取的当前温差值通过PID计算得到功率控制器输出，本发明通过定时采集计算当前温度与设定温度目标的温差值，利用获取的当前温差值通过PID计算得到不同时刻功率控制器的输出值，从而能够根据目标加热体的温度适时调节输出功率，减少加热电源的通断次数，降低对供电变压器和负载产生的冲击，提高系统使用寿命，而且通过PID计算调节控制集肤伴热输出电流，能够是目标加热体保持在设定范围内，确保控制精度。

进一步的，每20ms获取一次输液管出口目标加热体的当前温度，提高控制精度，能够及时调整实际输出电流，能够有效避免实际输出电流跳动而导致的功率控制器负载，从而提高功率控制器的使用寿命。

本发明一种工频集肤伴热系统恒温控制系统，包括功率控制器、温控表以及设置于输液管一侧的伴热管，伴热管外侧设有伴热电缆，输液管内的目标加热体末端设有温度传感器，温度传感器连接于温控表，温控表通过连接线连接于功率控制器，功率控制器连接于伴热电缆，利用温控表与温度传感器实时获取目标加热体反馈至功率控制器，通过功率控制器调节控制伴热电缆的输出电流，提高工频集肤伴热系统的温度调节精度。

进一步的，还包括连接于温控表和功率控制器的人机交互模块，人机交互模块用于显示温控表检测的温度，人机交互模块提供监测平台及为功率控制器设定温度目标提供虚拟按键，便于控制和观测。

附图说明

图1为本发明系统结构示意图。

图2为本发明控制原理图。

其中，1-输液管，2-伴热管，3-伴热电缆，4-目标加热体，5-温度传感器，6-人机交互模块，7-温控表，8-功率控制器，9-连接线，10-恒温控制柜。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

如图2所示，一种工频集肤伴热系统恒温控制方法，包括以下步骤：

步骤1)、定时采集输液管出口目标加热体的当前温度，计算当前温度与设定温度目标的温差值e(k)；

步骤2)、根据得到的当前温差值e(k)通过PID计算得到功率控制器输出Δu(k)；

Δu(k)＝Kp[e(k)-e(k-1)]+Kie(k)+Kd[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]；

e(k-1)和e(k-2)分别为上帧温差值和上上帧温差值；Kp为比例参数，Ki为积分参数，Kd为微分参数；

最终得到集肤伴热输出电流I：I＝Ie*Δu(k)％，Ie为集肤伴热功率控制器的额定电流。

其中Kp、Ki和Kd取值均为0～9999.99。

步骤1)中，每20ms-60ms获取一次输液管出口目标加热体的当前温度，具体的，每20ms获取一次输液管出口目标加热体的当前温度，计算当前温度与设定温度目标的温差值e(k)，从而通过PID计算得到功率控制器输出Δu(k)，能够及时调整实际输出电流，能够有效避免实际输出电流跳动而导致的功率控制器负载，从而提高功率控制器的使用寿命。实际控制过程中，功率控制器输出值Δu(k)取值为0-100。

集肤伴热功率控制器的额定电流Ie小于集肤回路耐受电流；

其中，

Pe为功率控制器的额定功率，Ue为功率控制器的额定电压，Qe为目标加热体单位时间T内所要吸收的有效热量，K为热量转化率；k取值为0.6-0.8。

其中

Qe＝c×m×Δt

Δt为输液管内目标加热体的要求最大温升，_c为目标加热体的比热容，m为单位时间T管道内液体的最大质量。

如图1所示，一种工频集肤伴热系统恒温控制系统，包括功率控制器8、温控表7以及设置于输液管1一侧的伴热管2和伴热电缆3，输液管1内的目标加热体末端设有温度传感器5，温度传感器5连接于温控表7，温控表7通过连接线9连接于功率控制器8；

还包括连接于温控表7和功率控制器8的人机交互模块6，人机交互模块6用于显示温控表7检测的温度，为温控表7控制功率控制器8提供控制平台，人机交互模块6用以监控温度传感器的实时数据、设定目标温度及提供虚拟按键。

还包括用于集成温控表7、功率控制器8和人机交互模块6的恒温控制柜10，人机交互模块6设置于恒温控制柜10外侧；根据电气结构等要求，柜体外观和形状可以在标准柜的基础上实现定制化。

通过功率控制器给定输出信号，功率控制器工作在电流模式，接收主回路电流反馈，根据给定电流和反馈电流，控制晶闸管在周波中的导通时间，以斩波的形式控制输出电流。

Claims (10)

1.一种工频集肤伴热系统恒温控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1)、定时采集输液管出口目标加热体的当前温度，计算当前温度与设定温度目标的温差值e(k)；

步骤2)、根据得到的当前温差值e(k)通过PID计算得到功率控制器输出△u(k)；

△u(k)＝Kp[e(k)-e(k-1)]+Kie(k)+Kd[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]；

e(k-1)和e(k-2)分别为上帧温差值和上上帧温差值；Kp为比例参数，Ki为积分参数，Kd为微分参数；

最终得到集肤伴热输出电流I：I＝Ie*△u(k)％，Ie为集肤伴热功率控制器的额定电流。

2.根据权利要求1所述的一种工频集肤伴热系统恒温控制方法，其特征在于，其中Kp、Ki和Kd取值均为0～9999.99。

3.根据权利要求1所述的一种工频集肤伴热系统恒温控制方法，其特征在于，步骤1)中，每20ms-60ms获取一次输液管出口目标加热体的当前温度。

4.根据权利要求3所述的一种工频集肤伴热系统恒温控制方法，其特征在于，每20ms获取一次输液管出口目标加热体的当前温度。

5.根据权利要求1所述的一种工频集肤伴热系统恒温控制方法，其特征在于，集肤伴热功率控制器的额定电流Ie小于集肤回路耐受电流。

6.根据权利要求1所述的一种工频集肤伴热系统恒温控制方法，其特征在于，功率控制器的选取，功率控制器的额定电流Ie：

Pe为功率控制器的额定功率，Ue为功率控制器的额定电压，Qe为目标加热体单位时间T内所要吸收的有效热量，K为热量转化率；

其中

Qe＝c×m×Δt

Δt为输液管内目标加热体的要求最大温升，c为目标加热体的比热容，m为单位时间T管道内液体的最大质量。

7.根据权利要求6所述的一种工频集肤伴热系统恒温控制方法，其特征在于，k取值为0.6-0.8。

8.一种工频集肤伴热系统恒温控制系统，其特征在于，包括以下步骤：包括功率控制器(8)、温控表(7)以及设置于输液管(1)一侧的伴热管(2)，伴热管(2)外侧设有伴热电缆(3)，输液管(1)内的目标加热体末端设有温度传感器(5)，温度传感器(5)连接于温控表(7)，温控表(7)通过连接线(9)连接于功率控制器(8)，功率控制器(8)连接于伴热电缆(3)，功率控制器(8)内设置上述工频集肤伴热系统恒温控制方法程序。

9.根据权利要求8所述一种工频集肤伴热系统恒温控制系统，其特征在于，还包括连接于温控表(7)和功率控制器(8)的人机交互模块(6)，人机交互模块(6)用于显示温控表(7)检测的温度，人机交互模块(6)提供监测平台及为功率控制器(8)设定温度目标提供虚拟按键。

10.根据权利要求9所述一种工频集肤伴热系统恒温控制系统，其特征在于，还包括用于集成温控表(7)、功率控制器(8)和人机交互模块(6)的恒温控制柜(10)，人机交互模块(6)设置于恒温控制柜(10)外侧。