一種納米鐵粉分解爐級聯(lián)溫度控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型屬于熱處理與溫度控制技術領域，具體的說是一種納米鐵粉分解爐級聯(lián)溫度控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括分解爐、測溫熱電偶、加熱器、可編程溫度調節(jié)器、可控硅功率控制器、變壓器、冷凝器和基本控制回路；所述的分解爐有第一、二控制單元；所述的測溫熱電偶設置在分解爐中；所述的測溫熱電偶與可編程溫度調節(jié)器的一端連接，可編程溫度調節(jié)器的另一端依次與控制器、變壓器和加熱器連接，可編程溫度調節(jié)器的再一端與基本控制回路連接，所述的冷凝器設置在分解爐上。本實用新型是一種能夠實現(xiàn)納米鐵粉分解爐多段溫度區(qū)的協(xié)調控制，分解爐控溫精度達到工作要求，提高了納米鐵粉分解爐的熱處理質量，提高生產(chǎn)效率的納米鐵粉分解爐級聯(lián)溫度控制系統(tǒng)。
【專利說明】
一種納米鐵粉分解爐級聯(lián)溫度控制系統(tǒng)
技術領域
[0001]本實用新型屬于熱處理與溫度控制技術領域，具體的說是一種納米鐵粉分解爐級聯(lián)溫度控制系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]熱解幾基鐵制備納米鐵粉的基本原理為:對幾基鐵進彳丁加熱使幾基鐵受熱分解為納米鐵粉，并隨著反應的進行，分解反應生成的鐵粉逐漸成核長大，最終得到納米金屬鐵微粒。在整個分解過程中，分解溫度是影響納米顆粒形貌與粒度的重要因素。納米鐵粉分解爐按工藝要求由多個不同的溫度區(qū)級聯(lián)而成。國內一種納米鐵粉分解爐級聯(lián)溫度控制系統(tǒng)大多采用的是各區(qū)域分體控制器，不能協(xié)調控制，導致最終只能手動控制各區(qū)域溫度給定，很難取得理想的溫度控制精度。

【發(fā)明內容】

[0003]本實用新型提供了一種能夠實現(xiàn)納米鐵粉分解爐多段溫度區(qū)的協(xié)調控制，提高分解爐熱處理質量，最終能獲得理想的溫度控制精度納米鐵粉分解爐級聯(lián)溫度控制系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有納米鐵粉分解爐級聯(lián)溫度控制系統(tǒng)的上述不足。
[0004]本實用新型技術方案結合【附圖說明】如下:
[0005]—種納米鐵粉分解爐級聯(lián)溫度控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括分解爐100、測溫熱電偶200、加熱器300、可編程溫度調節(jié)器400、可控硅功率控制器500、變壓器600、冷凝器700和基本控制回路800;其中所述的分解爐100按工藝要求分為一、二、三、四段101、102、103、104級聯(lián)，所述的一、二段101、102作為第一控制單元，三、四段103、104作為第二控制單元;所述的測溫熱電偶200包括測量并收集第一控制單元實時溫度的第一測溫熱電偶201和測量并收集第二控制單元實時溫度的第二測溫熱電偶202，所述的第一測溫熱電偶201設置在第一控制單元內，所述的第二測溫熱電偶202設置在第二控制單元內；所述的第一測溫熱電偶201與第二測溫熱電偶202與可編程溫度調節(jié)器400的一端連接，可編程溫度調節(jié)器400的另一端依次與控制器500、變壓器600和加熱器300連接，可編程溫度調節(jié)器400的再一端與基本控制回路800連接，所述加熱器300設置在分解爐100爐壁上，所述冷凝器700設置在分解爐100下端，為后一級反應機構。
[0006]所述的加熱器300包括第一加熱器301、第二加熱器302、第三加熱器303和第四加熱器304。
[0007]所述的可控硅功率控制器500包括第一可控硅功率控制器501和第二可控硅功率控制器502。
[0008]所述的變壓器600包括用來調節(jié)第一控制單元的第一控制單元變壓器601和用來調節(jié)第二控制單元的第二控制單元變壓器602，所述的第一可控硅功率控制器501與第一控制單元變壓器601連接，所述的第二可控硅功率控制器502與第二控制單元變壓器602連接。
[0009]所述的可編程溫度調節(jié)器400和可控硅功率控制器500均設置在控制柜內。
[0010]所述的可編程溫度調節(jié)器400為雙通道PID控制器。
[0011]所述的基本控制回路800包括PIDl、PID2、第一控制單元模型、第二控制單元模型與級聯(lián)運算模型；其中所述的第一控制單元模型一端與PIDl相連接，另一端與級聯(lián)運算模型相連接，所述的級聯(lián)運算模型另一端與PID2相連接，通過級聯(lián)運算模型將第一控制單元與第二控制單元溫度進行級聯(lián)，所述的第二控制單元模型與PID2相連接，另一端為第二控制單元溫度輸出信號。
[0012]本實用新型的有益效果為:
[0013]1、本實用新型能夠實現(xiàn)納米鐵粉分解爐多段溫度區(qū)的協(xié)調控制，解決分解爐控溫波動大的問題，分解爐第一控制單元與第二控制單元控溫精度達到工作要求，提高了納米鐵粉分解爐的熱處理質量，避免電能的大量損失，提高生產(chǎn)效率，即低功耗、高效率的特點。
[0014]2、在常規(guī)各溫區(qū)分體PID控制基礎上，利用數(shù)學模型實現(xiàn)納米鐵粉分解爐第一控制單元與第二控制單元PID運算的級聯(lián)運算，并采用級聯(lián)控制實現(xiàn)分解爐第一控制單元與第二控制單元溫度的協(xié)調控制，達到精確控溫的設計要求。
【附圖說明】
[0015]圖1為本實用新型中可編程溫度調節(jié)器參數(shù)調節(jié)流程圖；
[0016]圖2為本實用新型結構不意圖；
[0017]圖3為本實用新型中數(shù)學運算模型的示意圖；
[0018]圖4為本實用新型中基本控制回路示意圖。
【具體實施方式】
[0019]實施例
[0020]參閱圖2，一種納米鐵粉分解爐級聯(lián)溫度控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括分解爐100、測溫熱電偶200、加熱器300、可控硅功率控制器500和可編程溫度調節(jié)器400;其中所述的分解爐100按工藝要求分為一、二、三、四段101、102、103、104級聯(lián)，所述的一、二段101、102作為第一控制單元，第一控制單元理想溫度為400°C，三、四段103、104作為第二控制單元，第二控制單元理想溫度為350°C;所述的測溫熱電偶200包括第一測溫熱電偶201和第二測溫熱電偶202，第一測溫熱電偶201設置于分解爐100的第一控制單元內，用于測量和收集第一控制單元的實時溫度;第二測溫熱電偶202設置于分解爐100的第二控制單元內，用于測量和收集第二控制單元的實時溫度。所述的第一測溫熱電偶201和第二測溫熱電偶202的信號分別接入可編程溫度調節(jié)器400的一端，所述的可編程溫度調節(jié)器400的另一端與可控硅功率控制器500連接，所述的可控硅功率控制器500經(jīng)變壓器600與加熱器300連接;所述加熱器300設置在分解爐100爐壁上，所述冷凝器700設置在分解爐100下端，為后一級反應機構。
[0021]所述的可控硅功率控制器500包括第一可控硅功率控制器501和第二可控硅功率控制器502。
[0022]所述的加熱器300包括第一加熱器301、第二加熱器302、第三加熱器303和第四加熱器304。
[0023]所述的變壓器600包括第一控制單元變壓器601和第二控制單元變壓器602，其中第一控制單元變壓器601用來調節(jié)第一控制單元，即分解爐100的一、二段溫區(qū)加熱器301與302的輸入電壓、加熱功率;第二控制單元變壓器602用來調節(jié)第二控制單元，即分解爐100的三、四段的輸入電壓、加熱功率。
[0024]所述的可編程溫度調節(jié)器400和可控硅功率控制器500均設置在控制柜內。
[0025]所述的測溫熱電偶200可以選用WRN(波長路由選擇節(jié)點)系列熱電偶，并選取分度號為K的鎳鉻一鎳硅熱電偶，測溫范圍為O至1200 °C。
[0026]所述的可控硅功率控制器500可選用S7-300。
[0027]所述的變壓器600可選用DDG(單相干式低壓大電流變壓器)。
[0028]所述的可編程溫度調節(jié)器400可選用FM355PID模塊組成的雙通道PID控制器。
[0029]參閱圖3，雙通道PID控制器的兩個輸入端，通過預先建立的級聯(lián)溫度控制數(shù)學運算模型，使納米鐵粉分解爐100內的第一控制單元，即所述分解爐一段溫區(qū)101與二段溫區(qū)102中的“PID運算I”與第二控制單元，即所述分解爐三段溫區(qū)103與四段溫區(qū)104中的“PID運算2”之間建立運算聯(lián)系。
[0030]“PID運算I”的輸入信號為分解爐100內第一控制單元第一測溫熱電偶201測量值Tl、分解爐100內第一控制單元的溫度設定值STl; “PID運算I”輸出信號為Yl。
[0031 ] “級聯(lián)溫度控制數(shù)學運算模型”的輸入信號為STl、Y1; “級聯(lián)溫度控制數(shù)學運算模型”輸出信號為納米鐵粉分解爐100第二控制單元溫度設定值ST2，級聯(lián)溫度控制數(shù)學運算模型采用ST2 = ST1+C*Y1，使分解爐第一控制單元的“PID運算I”與第二控制單元的“PID運算2”之間建立運算聯(lián)系。
[0032]“PID運算2”的輸入信號為納米鐵粉分解爐100第二控制單元內的第二測溫熱電偶202測量值T2、第二控制單元溫度設定值即“PID運算I”的輸出信號Y1;“PID運算2”的輸出信號為Y2。
[0033]“PID運算I”的輸出信號Yl可以觸發(fā)第一可控硅功率控制器501，第一可控硅功率控制器501—端連接第一控制單元變壓器601，通過第一控制單元變壓器601調節(jié)分解爐第一控制單元，即一、二段溫區(qū)第一加熱器301和第二加熱器302的輸入電壓、加熱功率。
[0034]“PID運算2”的輸出信號Y2可以觸發(fā)第二可控硅功率控制器502，第二可控硅功率控制器502—端連接第二控制單元變壓器602，通過第二控制單元變壓器602調節(jié)分解爐第二控制單元，即三、四段溫區(qū)第三加熱器303和第四加熱器304的輸入電壓、加熱功率。
[0035]參閱圖4，可編程溫度調節(jié)器400另一端與基本控制回路800相連接，所述的基本控制回路800包括PIDUPID2、第一控制單元模型、第二控制單元模型與級聯(lián)運算模型;其中所述的第一控制單元模型一端與PIDl相連接，另一端與級聯(lián)運算模型相連接，所述的級聯(lián)運算模型另一端與PID2相連接，通過級聯(lián)運算模型將第一控制單元與第二控制單元溫度進行級聯(lián)，所述的第二控制單元模型與PID2相連接，另一端為第二控制單元溫度輸出信號。基本控制回路800用以實現(xiàn)納米鐵粉分解爐100內的第一控制單元，即所述分解爐一段溫區(qū)101與二段溫區(qū)102和第二控制單元，即所述分解爐三段溫區(qū)103與四段溫區(qū)104的溫度之間的級聯(lián)。其中，Yl為“PID1”的輸出信號，ST2為“級聯(lián)運算模型”的輸出信號，ST2與Yl通過數(shù)學運算ST2 = ST1+C*Y1建立級聯(lián)關系，ST2能夠作為“PID2”的輸入處理，并最終實現(xiàn)輸出信號Y2的控制。
[0036]在本實施例中，基本控制回路800的PIDl與PID2的參數(shù)調整包括如下步驟:
[0037]參閱圖1，步驟一、分解爐100溫度區(qū)初始值設定；
[0038]分解爐100按工藝要求分為四段級聯(lián)而成，其中一、二段即101、102作為一個控制單元，三、四段即103、104作為一個控制單元，必須實現(xiàn)精確控制。根據(jù)現(xiàn)場數(shù)據(jù)與歷史生產(chǎn)狀態(tài)曲線，確定第一控制單元與第二控制單元的溫度初始值STl和ST2;
[0039]步驟二、PID控制器參數(shù)初始值設定；
[0040]根據(jù)步驟一設定的第一控制單元與第二控制單元初始值STl和ST2，不考慮控制單元之間的溫度耦合，將達到設定值STl，即Yl = STl時的PIDl參數(shù)作為“PID運算I”的參數(shù)初始值;將達到設定值ST2，即Y2 = ST2時的PID2參數(shù)作為“PID運算2”的參數(shù)初始值。
[0041]步驟三、采用級聯(lián)控制后調節(jié)PID控制器參數(shù)；
[0042]在步驟二獲得的“PID運算I”與“PID運算2”的參數(shù)初始值的基礎上，利用所述雙通道可編程溫度調節(jié)器400實現(xiàn)控制單元之間的級聯(lián)控制，重新整定PID控制器的參數(shù)，使第一控制單元測溫熱電偶201控制輸出值Yl和第二控制電源測溫熱電偶202的控制輸出值Y2達到第一控制單元的溫度設定值STl和第二控制單元的溫度設定值ST2。
[0043]本實用新型中第一測溫熱電偶201與第二測溫熱電偶202設置于第一控制單元與第二控制單元，兩個控制單元按照工藝保持一定的溫差，同時該溫差隨著兩個控制單元的溫度變化而動態(tài)變化，并通過數(shù)學模型實現(xiàn)兩個控制單元溫度的級聯(lián)控制，從而實現(xiàn)分解爐溫度的協(xié)調控制，到達精確控溫的設計要求。
[0044]本實用新型采用電熱加熱方式，第一控制單元，即分解爐一、二段溫區(qū)加熱器301與302總功率為20KW，理想溫度為400°C;第二控制單元，即分解爐三、四段溫區(qū)加熱器303與304總功率為15KW，理想溫度為350°C。采用本實用新型所述納米鐵粉分解爐級聯(lián)溫度控制系統(tǒng)后，分解爐第一控制單元與第二控制單元控溫精度明顯提升，到達設計要求，提高了分解爐熱處理質量。
【主權項】
1.一種納米鐵粉分解爐級聯(lián)溫度控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括分解爐(100)，其特征在于，該系統(tǒng)還包括測溫熱電偶(200)、加熱器(300)、可編程溫度調節(jié)器(400)、可控硅功率控制器(500)、變壓器(600)、冷凝器(700)和基本控制回路(800);其中所述的分解爐(100)按工藝要求分為一、二、三、四段(101、102、103、104)級聯(lián)，所述的一、二段(101、102)作為第一控制單元，三、四段(103、104)作為第二控制單元;所述的測溫熱電偶(200)包括測量并收集第一控制單元實時溫度的第一測溫熱電偶(201)和測量并收集第二控制單元實時溫度的第二測溫熱電偶(202)，所述的第一測溫熱電偶(201)設置在第一控制單元內，所述的第二測溫熱電偶(202)設置在第二控制單元內；所述的第一測溫熱電偶(201)與第二測溫熱電偶(202)與可編程溫度調節(jié)器(400)的一端連接，可編程溫度調節(jié)器(400)的另一端依次與控制器(500)、變壓器(600)和加熱器(300)連接，可編程溫度調節(jié)器(400)的再一端與基本控制回路(800)連接，所述加熱器(300)設置在分解爐(100)爐壁上，所述冷凝器(700)設置在分解爐(100)下端，為后一級反應機構。2.根據(jù)權利要求1所述的一種納米鐵粉分解爐級聯(lián)溫度控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的加熱器(300)包括第一加熱器(301)、第二加熱器(302)、第三加熱器(303)和第四加熱器(304)ο3.根據(jù)權利要求1所述的一種納米鐵粉分解爐級聯(lián)溫度控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的可控硅功率控制器(500)包括第一可控硅功率控制器(501)和第二可控硅功率控制器(502)。4.根據(jù)權利要求3所述的一種納米鐵粉分解爐級聯(lián)溫度控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的變壓器(600)包括用來調節(jié)第一控制單元的第一控制單元變壓器(601)和用來調節(jié)第二控制單元的第二控制單元變壓器(602)，所述的第一可控硅功率控制器(501)與第一控制單元變壓器(601)連接，所述的第二可控硅功率控制器(502)與第二控制單元變壓器(602連接。5.根據(jù)權利要求1所述的一種納米鐵粉分解爐級聯(lián)溫度控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的可編程溫度調節(jié)器(400)和可控硅功率控制器(500)均設置在控制柜內。6.根據(jù)權利要求1所述的一種納米鐵粉分解爐級聯(lián)溫度控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的可編程溫度調節(jié)器(400)為雙通道PID控制器。7.根據(jù)權利要求1所述的一種納米鐵粉分解爐級聯(lián)溫度控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的基本控制回路(800)包括PIDUPID2、第一控制單元模型、第二控制單元模型與級聯(lián)運算模型;其中所述的第一控制單元模型一端與PIDl相連接，另一端與級聯(lián)運算模型相連接，所述的級聯(lián)運算模型另一端與PID2相連接，通過級聯(lián)運算模型將第一控制單元與第二控制單元溫度進行級聯(lián)，所述的第二控制單元模型與PID2相連接，另一端為第二控制單元溫度輸出信號。
【文檔編號】G05D23/22GK205540337SQ201620074712
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年1月26日
【發(fā)明人】王盛慧, 秦石凌, 張永恒, 李冰巖, 徐婷
【申請人】長春工業(yè)大學