RU2154297C1 - Способ автоматического регулирования температуры в печи - Google Patents
Способ автоматического регулирования температуры в печи Download PDFInfo
- Publication number
- RU2154297C1 RU2154297C1 RU99119734A RU99119734A RU2154297C1 RU 2154297 C1 RU2154297 C1 RU 2154297C1 RU 99119734 A RU99119734 A RU 99119734A RU 99119734 A RU99119734 A RU 99119734A RU 2154297 C1 RU2154297 C1 RU 2154297C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- furnace
- temperature
- heating
- cooling
- control signal
- Prior art date
Links
Landscapes
- Control Of Temperature (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способам автоматического регулирования, а именно к автоматическому регулированию температуры печи при помощи формирования сигнала управления нагревателем компьютерной программой. Технический результат - уменьшение времени установления заданного режима и повышение точности его поддержания. Для этого устанавливают в соответствии с предложенными уравнениями дополнительную зависимость сигнала управления нагревателем от температуры в печи, от заданной скорости нагрева или охлаждения, от давления в печи и от времени с момента начала очередного этапа работы печи (нагрева, охлаждения или изотермической выдержки). Установление указанных дополнительных зависимостей позволяет уменьшить в 1,5-3 раза отклонения от заданного режима в широком диапазоне температур и скоростей нагрева и охлаждения по сравнению с известным ПИД алгоритмом. 2 з.п. ф-лы.
Description
Изобретение относится к способам автоматического регулирования, в частности к автоматическому регулированию температуры печи при помощи формирования сигнала управления нагревателем компьютерной программой.
Опыт автоматизации технологических процессов показывает, что наибольшее распространение среди алгоритмов функционирования регуляторов имеет типовой пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД) алгоритм и его модификации. Для улучшения качества регулирования либо вводят добавочные специфичные для данного объекта каналы информации о его состоянии и усложняют алгоритм регулирования, либо вводят дополнительное регулирование второстепенных параметров объекта и усложняют его конструкцию.
Известен способ, осуществляемый путем измерения основного параметра (температуры нагреваемого объекта) и вспомогательного параметра (температуры нагревателя) и стабилизации температуры нагреваемого объекта с помощью воздействия на регулятор разности обоих параметров [1].
Недостатками известного способа является то, что он требует введения дополнительной термопары, усложнения конструкции печи и регулятора.
Наиболее близким к предлагаемому по принципу действия является способ, осуществляемый путем измерения основного параметра (температуры нагреваемого объекта) и стабилизации температуры нагреваемого объекта с помощью воздействия на регулятор сигнала, сформированного по пропорционально-интегрально-дифференциальному алгоритму [2]:
где U - управляемый параметр;
П, И, Д - коэффициенты вклада пропорционального, интегрального и дифференциального алгоритмов регулирования;
Err - разность между задаваемой температурой и текущей температурой в печи, o;
τ - время, с.
где U - управляемый параметр;
П, И, Д - коэффициенты вклада пропорционального, интегрального и дифференциального алгоритмов регулирования;
Err - разность между задаваемой температурой и текущей температурой в печи, o;
τ - время, с.
Способ удобен лишь для управления стационарными процессами, такими как поддержание режима работы ТЭС и АЭС. Способ имеет низкую скорость перехода от одного этапа нагрева или охлаждения к следующему и неодинаковую точность поддержания заданного режима в широком диапазоне температур и скоростей нагрева или охлаждения, что обусловлено большим различием во времени отклика системы при низких и высоких температурах. Это приводит к тому, что при низких температурах, давлениях в печи и малых скоростях нагрева (охлаждения) выбранные значения коэффициентов П, И, Д оказываются чрезмерно большими и наоборот. Помимо этого, ПИД алгоритм не позволяет осуществлять резкий переход от этапа нагрева к этапу охлаждения печи и не позволяет резко установить высокое управляющее воздействие в случае начала работы при уже горячей печи.
Целью изобретения является уменьшение времени установления заданного режима и повышение точности его поддержания.
Поставленная цель достигается тем, что в способе автоматического регулирования температуры в печи путем измерения основного параметра объекта (температуры) и стабилизации его с помощью формирования сигнала управления нагревателем по пропорционально-интегрально-дифференциальному алгоритму с помощью компьютерной программы согласно изобретению устанавливают дополнительную зависимость управляющего сигнала от температуры в печи и от заданной скорости нагрева (охлаждения), описываемую уравнениями (1) и (2):
U0 = a + b•t + c•t2 (1)
где U0 - напряжение, подаваемое на нагреватель в начальный момент времени. В;
a-d - численные константы;
t - температура в печи, oC;
U - напряжение, подаваемое на нагреватель в течение управления, В;
П, И, Д - коэффициенты вклада пропорционального, интегрального и дифференциального алгоритмов регулирования;
V - заданная скорость нагрева (охлаждения), oC/мин;
Err - разность между задаваемой температурой и текущей температурой в печи, oC;
τ - время, с.
U0 = a + b•t + c•t2 (1)
где U0 - напряжение, подаваемое на нагреватель в начальный момент времени. В;
a-d - численные константы;
t - температура в печи, oC;
U - напряжение, подаваемое на нагреватель в течение управления, В;
П, И, Д - коэффициенты вклада пропорционального, интегрального и дифференциального алгоритмов регулирования;
V - заданная скорость нагрева (охлаждения), oC/мин;
Err - разность между задаваемой температурой и текущей температурой в печи, oC;
τ - время, с.
Установление указанной дополнительной зависимости позволяет уменьшить отклонения от заданного режима в широком диапазоне температур и скоростей нагрева и охлаждения.
Для уменьшения времени перехода от одной стадии нагрева, охлаждения или изотермической выдержки к следующей в способе устанавливают дополнительную зависимость управляющего сигнала от времени с момента начала очередной стадии, а также от давления и температуры в печи, описываемую уравнениями (3) и (4):
где P - давление в печи, Па;
d, e - численные константы.
где P - давление в печи, Па;
d, e - численные константы.
Для уменьшения времени перехода от стадии нагрева или изотермической выдержки к стадии охлаждения в способе устанавливают дополнительное скачкообразное уменьшение управляющего воздействия на 5-20% после достижения максимальной температуры текущей стадии:
U = U - f, (5)
где f - численная константа.
U = U - f, (5)
где f - численная константа.
Способ осуществляют следующим образом.
Предварительно во всем температурном диапазоне работы печи измеряют в режиме нагрева и охлаждения с относительно малыми скоростями (до 30oC/мин) напряжение питания U и строят две соответствующие ветви графика температура-напряжение. Константы a-c определяют как коэффициенты, описывающие ветвь нагрева этого графика, а коэффициент f - как среднюю величину разности между ветвями. Коэффициент e определяет скорость уменьшения стартовой поправки и зависит от инерционности печи. При малоинерционной печи (время охлаждения в газовой атмосфере от 1000oC до 100oC 2-10 минут) можно принять e=0,1 с-1. При этом величина Cm уменьшится от 2 до 1,5 за 10 секунд. При более инерционной печи величину e можно уменьшить до 0,01-0,05 с-1. Безразмерный коэффициент d оптимизируется для данной печи по серии опытов путем увеличения его в диапазоне от 1 до 20 до достижения наилучшего поддержания заданного режима регулирования. Однажды подобранные под данную печь коэффициенты a-f остаются неизменными при дальнейшей эксплуатации печи. В ходе отладки регулирования и определения оптимальных коэффициентов большую помощь оказывает выведение на экран управляющего компьютера текущих значений трех слагаемых в уравнении (4) и величины Cm.
Перед началом многостадийного процесса задается лишь три коэффициента - П, И, Д, которые могут увеличить или уменьшить вклад соответствующих слагаемых, а также задаваемые давление в печи, скорости нагревов и охлаждений, времена изотермических выдержек и температуры начала и конца соответствующих этапов (стадий). Коэффициенты П, И и Д оптимизируются для данной печи по стандартным рекомендациям [2] путем их изменения от малых значений к более высоким.
При начале процесса регулирования система управления определяет температуру t в печи и без задержки во времени устанавливает приближенное значение управляющего воздействия U, соответствующее этой температуре (уравнение (1)). С целью наиболее быстрого перехода к очередному стационарному режиму вводят дополнительный стартовый множитель Cm (уравнения (3), (4)), увеличивающий в несколько раз отклик на отклонение процесса от заданного режима в течение первых секунд от начала очередного этапа, но уменьшающийся постепенно до единицы. Учет влияния температуры t в диапазоне от 10 до 2200oC и давления P в диапазоне от 0 до 400000 Па позволяет с одинаковой точностью поддерживать режим работы печи при различных температурах, в вакууме и в газовой атмосфере. Введение зависимости от заданной скорости нагрева или охлаждения V (уравнения (2), (4)), усиливает отклик системы на отклонение от режима при высокой заданной скорости нагрева (охлаждения) и позволяет при любых скоростях сохранять оптимальное отклонение от задаваемого режима.
Известный и описываемый законы регулирования испытаны на лабораторной исследовательской установке для дифференциального термического анализа. Применение описываемого способа регулирования температуры в печи в диапазоне от 10 до 2200oC при давлениях в диапазоне от 1 до 400000 Па сократило время перехода от одной стадии к следующей в 1,5-2 раза (при 800oC переход происходит за 4-7 минут вместо 8-12 минут), а точность поддержания заданной скорости нагрева или охлаждения печи - в 2-2,5 раза (скорость отклоняется от заданной не более чем на 5-7% вместо 10-15%).
Таким образом, описанный способ может быть широко внедрен для управления печами, в частности, используемыми для проведения различных видов термического анализа сырья и материалов, применяемых в промышленности.
Источники информации, принятые во внимание:
1. Шестак Я. Теория термического анализа: Физико-химические свойства твердых неорганических веществ/ Пер. с англ. под ред. И. В. Архангельского и др. -М.: Мир,-1987.-455С.
1. Шестак Я. Теория термического анализа: Физико-химические свойства твердых неорганических веществ/ Пер. с англ. под ред. И. В. Архангельского и др. -М.: Мир,-1987.-455С.
2. Автоматизация настройки систем управления. В. Я. Ротач, В. Ф. Кузищин, А. С. Клюев и др. Под ред. В. Я. Ротача -М.: Энергоатомиздат, 1984.- С. 272.
Claims (3)
1. Способ автоматического регулирования температуры в печи путем измерения температуры и стабилизации ее с помощью формирования сигнала управления нагревателем по пропорционально-интегрально-дифференциальному закону с помощью компьютерной программы, отличающийся тем, что упомянутый сигнал управления нагревателем формируют в зависимости от температуры печи и от заданной скорости нагрева или охлаждения в соответствии с уравнениями (1) и (2):
где U0 - напряжение, подаваемое на нагреватель в начальный момент времени, В;
t - температура в печи, oC;
U - напряжение, подаваемое на нагреватель в течение управления, В;
П, И, Д - коэффициенты вклада пропорционального, интегрального и дифференциального законов регулирования;
V - абсолютная величина заданной скорости нагрева или охлаждения, oC/мин;
Err - разность между задаваемой температурой и текущей температурой в печи, oC;
τ - время, с;
a-d - численные константы.
где U0 - напряжение, подаваемое на нагреватель в начальный момент времени, В;
t - температура в печи, oC;
U - напряжение, подаваемое на нагреватель в течение управления, В;
П, И, Д - коэффициенты вклада пропорционального, интегрального и дифференциального законов регулирования;
V - абсолютная величина заданной скорости нагрева или охлаждения, oC/мин;
Err - разность между задаваемой температурой и текущей температурой в печи, oC;
τ - время, с;
a-d - численные константы.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что упомянутый сигнал управления нагревателем формируют с дополнительной зависимостью от времени с момента начала очередной стадии и от давления и температуры в печи в соответствии с уравнениями (3) и (4):
где Cm - стартовая поправка;
Р - давление в печи, Па;
е - численная константа.
где Cm - стартовая поправка;
Р - давление в печи, Па;
е - численная константа.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что при переходе от стадии нагрева к стадии охлаждения или изотермической выдержки устанавливают дополнительное скачкообразное уменьшение упомянутого сигнала управления нагревателем на 5 - 20%.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99119734A RU2154297C1 (ru) | 1999-09-14 | 1999-09-14 | Способ автоматического регулирования температуры в печи |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99119734A RU2154297C1 (ru) | 1999-09-14 | 1999-09-14 | Способ автоматического регулирования температуры в печи |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2154297C1 true RU2154297C1 (ru) | 2000-08-10 |
Family
ID=20224913
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU99119734A RU2154297C1 (ru) | 1999-09-14 | 1999-09-14 | Способ автоматического регулирования температуры в печи |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2154297C1 (ru) |
-
1999
- 1999-09-14 RU RU99119734A patent/RU2154297C1/ru active
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
РОТАЧ В.Я. и др. Автоматизация настройки систем управления. - М.: Энергоатомиздат, 1984, с.272.RU 2115154 C1, 10.07.1998. * |
ШЕСТАК Я. Теория термического анализа //Физико-химические свойства твердых неорганических веществ. - М.: Мир, 1987, с.455. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10975494B2 (en) | Ingot growth control device and control method thereof | |
KR101420920B1 (ko) | 제어 장치 및 방법 | |
RU2154297C1 (ru) | Способ автоматического регулирования температуры в печи | |
KR100210741B1 (ko) | 램프 어닐링 로의 램프 출력 제어 방법 | |
JP3620981B2 (ja) | 試料温度制御方法 | |
US5880437A (en) | Automatic control system and method using same | |
JP2002297244A (ja) | 反応室の圧力制御方法および装置 | |
US20050172672A1 (en) | Method for drawing glass patent material and drawing machine for use therein | |
JP6433375B2 (ja) | 熱間等方圧加圧装置の温度補正方法 | |
KR100849012B1 (ko) | 열처리 장치 및 열처리 방법 | |
JPH01278596A (ja) | コークス炉の炉温制御方法 | |
JP2006155169A (ja) | 温度制御方法、温度調節器および熱処理システム | |
WO2019186869A1 (ja) | 温度制御装置及び温度制御方法 | |
JPH10133705A (ja) | 半導体製造用熱処理炉の温度制御方法 | |
JP2008016501A (ja) | 熱処理装置 | |
CN116857983A (zh) | 一种提高加热炉控制精度的前馈控制方法和系统 | |
RU2152446C1 (ru) | Способ управления нагревом металла в колпаковой печи | |
JPH01199218A (ja) | 分析装置用試料温度制御装置 | |
JPH0617151A (ja) | バッチ炉の昇温方法 | |
SU538349A1 (ru) | Регул тор температуры | |
SU1014819A1 (ru) | Устройство автоматического регулировани процесса термообработки бетона | |
JPS6213683B2 (ru) | ||
JPH05233074A (ja) | pH制御方法及びその装置 | |
SU709664A1 (ru) | Способ автоматического управлени процессом пиролиза | |
SU1104479A1 (ru) | Устройство дл регулировани давлени паров металла в термоэмиссионном преобразователе |