您好,上海远东仪表厂产品销售网欢迎您!

法律声明|联系我们|

上海远东仪表厂

新闻文章
新闻中心
技术中心
解决方案
产品导航
新闻中心 您当前的位置: 上海远东仪表厂 > 新闻中心 > 行业动态
铝用炭素焙烧炉温度控制器改进研究
作者: 来源: 发布时间:2020-03-16

 摘  要 :针对炭素焙烧炉温度控制器在使用过程中难稳定性较差,通过实验与分析,提出铝用炭素焙烧炉温度控制器改进研究。首先对PID参数进行预整定,选取适当的输入状态信号,同时对输入量偏差P及偏差变化率PC进行模糊化处理,得到函数曲线图后,对焙烧升温曲线完成优化改进,从而达到控制受控点温度的目的。通过实验结果的对比,可以明显看到,在温度控制方面本文设计的铝用炭素焙烧炉温度控制器在功能发挥上要比传统温度器要稳定的多得多,与实际温度偏差较小,基本保持一致,具有较高的实用性。

 
最近几年,金属铝被广泛应用在建筑装修、交通、航空航天等诸多领域。铝用工业作为国民经济的支柱型产业之一,金属铝成为其保证铝用工业稳定发展的关键原料之一。目前国内电用铝工业的技术设备正在慢慢追赶世界领先水平,然而与欧美资本主义国家相比,我国铝用工业的技艺水准与国际水准还是存在一定的差别,其主要表现在阳极毛耗较高。国内的阳极焙烧技术是在二十世纪八十年代末引进日本轻金属株式会社的焙烧技术基础上慢慢发展起来的。在这几十年的发展历程中,因为种种原因,我国各个生产企业以及科研单位只是在燃料筛选、火道隔板、耐火材料、装炉数量等方面作出稍微的改进,总体来说进步并不大,基本上还是停留在以往日式焙烧炉的技术水准上。而国内的炭素厂又普遍存在损耗高、阳极块焙烧质量较差、生产效率低、温度控制能力比较弱等一系列缺点,尤其是在对温度的把控上。因此,本文对铝用炭素焙烧炉温度控制器进行改进优化,试图提高其温度控制力,提高燃烧率。铝金属是重要的国防金属,被应用于国防、工业、生活等国计民生的方方面面,因此铝金属的开采和冶炼的价值地位超然,成为工业进步的支柱产业。炭素焙烧炉作为铝加工产业链中的基础环节,起着提高制品导电、导热性能及强度的作用,是重要的热工设备。在焙烧炉生产工艺中,温度控制是既关键又困难的控制过程,其控制的准确性直接影响加工质量。在用的炭素焙烧炉温度控制器普遍存在自动化程度不高,温度控制准确率低的问题,不利于精益生产。基于此问题,研究一种改进的铝用炭素焙烧炉温度控制器。
 
1、铝用炭素焙烧炉温度控制器改进设计
铝用炭素焙烧炉工作环境恶劣,基于可靠性、精确性、兼容性以及成本控制等综合因素考虑,改进设计采用了比例积分微分控制(以下简称PID)技术体制。设计重点在于对焙烧炉温度的准确、稳定控制,保证炉体在正常状况下高效、节能工作。
 
1.1   PID参数的整定与设计
按照PID控制理论的相关方法,采取Ziegler-Nichols整定规则,同时通过MATLAB数学仿真计算,建构了用于Ziegler-Nichols整定规则。计算P、PI、PID校正器参数的函数——zn pid − ,公式为 :
20200316103604.jpg
 
其中 PID 表示校正器的基本类型,当 PID 等于1时,计算P调节器的基本参数指标 ;当 PID 等于2时,计算PI调节器的基本参数指标 ;当 PID 等于3时,计算 PID 调节器的基本参数指标。输入参数为 vars 带延迟——惯性关系模型的 k 、 T 和 ι 。己知三种参数 : k = vars ① ; T = vars ② ; tau = vars ③。Ti 代表校正器的积分比常数 ; Td 代表校正器的微分时间函 ;kp 代表校正器的比例函数 ;输出参量 Gc 代表校正器的一般性传递函数。
 
通过Ziegler-Nichols整定规则计算得到的 PID 、 PI 校正器对系统校正后的数值,其跳跃阶数给定下的响应曲线的上升时间分别是110s、62.7s,调改时间分别是2100s、1360s,稳态值都固定在1,从中能够看到, PI 和 PID 校正器在一定程度上消除了稳态值误差,可 PID 校正比 PI 的反应速度要快,调改时间较短,然而其超调量却也是最大的,甚至高达70.17%。综合各项指标,决定采取 PID 校正器,且 kp =2.162、一 Ti =350、Td =85,即 kp =2.125, ki =0.00708, kd =157.2。设计采用模糊控制,可以以较少的程序量和计算量实现较高的控制精度、鲁棒性及反应速度,适合温度控制器。
 
1.2、 模糊规则设置中输入状态信号的选择
状态转换是将预先设定好的信号 ( ) r k 和输出信号 ( ) y k 转变为神经元学习控制所需的即时状态QQ截图20200316103641.jpg。单神经元自适应控制的输出用公式表示为 : 
QQ截图20200316103817.jpg
因此获得如数字式PID控制的增量公式④的单神经元自适应控制公式 :
QQ截图20200316103830.jpg
控制器需要一个精确的输出控制量而不是模糊值。在由模糊规则表得到的模糊集合中,通过模糊推理可得到模糊量,然后再转化为精确值,从而得到自整定PID控制系统的精确控制量。
 
1.3、输入量偏差P及偏差变化率PC的模糊化
温度控制器内所有参数的输入、输出必须是精确无误的,即精确量。模糊推理是专门针对控制器内的模糊量进行调整的,所以控制器必须率先对输入量进行一定的模糊化处理。在所设计的温度控制器内,采取Mamdnai控制法则,其中误差、误差波动以及控制量都取5个语言值 :{NB、NM、NS、PS、MP}。此处偏差P代表预先设置的温度值减去实际测量温度的差。在模糊控制区域内,偏差P的基本值域范围采取(-50,50),区分为10个级别,即P={-6,-5,-4,-3,-2,-1,1,2,3,4},那么偏差P的量化因子Ke=7/48=0.15,将模糊集P的5个语言值取为{NB,NM,NS,ZE,PS,} ;偏差变化率Pc的基本值域范围采取(10,10),区分为10个级别,即PC={-6,-5,-4,-3,-2,-1,l,2,3,4},那么偏差p的量化因子Ke=3/10=0.3,将模糊集PC的7个语言值取为{NB,NM,NS,ZE,PS,PM,PB},考虑对值域的参考程度、设备的分辨率、稳定性、控制灵敏度等因素,各个模糊子集需要以三角形隶属度升温曲线。
 
1.4 改进焙烧升温曲线控制方式
控制器内部结构对焙烧曲线的影响比较大,优化设计后采用开放式环式焙烧炉温度控制器,其结构为宽料箱、窄火道、“V”型炉墙气流分布,使用的耐火材料强度比较高、导热性优良、坚韧度比较高,能够使火道上下与外部环境的温差控制到最低,加快热传递的速度,从而能够缩小焙烧曲线,提高设计的质量。
 
2 实验与效果分析
为了更加清楚、具体的看出本文设计的铝用炭素焙烧炉温度控制器的实际应用效果,特与传统铝用炭素焙烧炉温度控制器进行对比,对其控制能力的大小进行比较。
(1)实验准备。为保证实验的准确性,将两种铝用炭素焙烧炉温度控制器置于相同的试验环境之中,对比验证控制能力。实验流程设定为 :分别采用两种温度控制器对焙烧炉温度予以控制,在工作时间段内每分钟采集炉温实际数据与控制器输出数据,对比温度采集的精确性和控制的准确性。
 
(2)实验结果分析。实验过程中,通过两种不同的铝用炭素焙烧炉温度控制器设计同时在相同环境中进行工作,分析其控制率的变化。实验对比效果图如下图所示。
实验结果对比图
通过实验结果的对比,可以明显看到,在温度控制方面本文设计的铝用炭素焙烧炉温度控制器在功能发挥上要比传统温度器要稳定很多,与实际温度偏差不是很大,基本保持一致,具有较高的有效性。
 
3、结语
本文对铝用炭素焙烧炉温度控制器的改进方法进行分析,根据炭素焙烧炉在温度把控上的技术难题及其分析,以实验为基础,实现本文设计。实验论证表明,本文设计的方法具备极高的有效性。希望本文的研究能够为铝用炭素焙烧炉温度控制器的改进和应用提供理论依据。
 
本文由上海远东仪表厂提供,转载请注明作者版权。

上一篇:如何使用流量环进行液位控制
下一篇:返回列表

相关产品
  • 0852580_HERION防爆压力控制器_0-6KPa

    0852580_HERION防爆压力控制器_0-6KPa
  • 0810100_HERION压力控制器_-0.1-0MPa

    0810100_HERION压力控制器_-0.1-0MPa
  • D540/7T温度控制器_HERION_0891200

    D540/7T温度控制器_HERION_0891200
  • D505/7DZ双触点压力控制器_HERION_0816508

    D505/7DZ双触点压力控制器_HERION_0816508
  • D502/7D压力控制器

    D502/7D压力控制器
  • D500/7D压力控制器

    D500/7D压力控制器
  • D520/7DDK差压控制器

    D520/7DDK差压控制器
  • D520/7DD差压控制器

    D520/7DD差压控制器
  • 0810107_HERION压力控制器_-0.1-0MPa

    0810107_HERION压力控制器_-0.1-0MPa
  • 0810207_HERION压力控制器_-0.1-0.1MPa

    0810207_HERION压力控制器_-0.1-0.1MPa