一種納米鐵粉分解爐級(jí)聯(lián)溫度控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型屬于熱處理與溫度控制技術(shù)領(lǐng)域，具體的說(shuō)是一種納米鐵粉分解爐級(jí)聯(lián)溫度控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括分解爐、測(cè)溫?zé)犭娕?、加熱器、可編程溫度調(diào)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(cè)溫?zé)犭娕荚O(shè)置在分解爐中；所述的測(cè)溫?zé)犭娕寂c可編程溫度調(diào)節(jié)器的一端連接，可編程溫度調(diào)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(diào)節(jié)器的再一端與基本控制回路連接，所述的冷凝器設(shè)置在分解爐上。本實(shí)用新型是一種能夠?qū)崿F(xiàn)納米鐵粉分解爐多段溫度區(qū)的協(xié)調(diào)控制，分解爐控溫精度達(dá)到工作要求，提高了納米鐵粉分解爐的熱處理質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率的納米鐵粉分解爐級(jí)聯(lián)溫度控制系統(tǒng)。
【專利說(shuō)明】
一種納米鐵粉分解爐級(jí)聯(lián)溫度控制系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型屬于熱處理與溫度控制技術(shù)領(lǐng)域，具體的說(shuō)是一種納米鐵粉分解爐級(jí)聯(lián)溫度控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]熱解幾基鐵制備納米鐵粉的基本原理為:對(duì)幾基鐵進(jìn)彳丁加熱使幾基鐵受熱分解為納米鐵粉，并隨著反應(yīng)的進(jìn)行，分解反應(yīng)生成的鐵粉逐漸成核長(zhǎng)大，最終得到納米金屬鐵微粒。在整個(gè)分解過(guò)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(gè)不同的溫度區(qū)級(jí)聯(lián)而成。國(guó)內(nèi)一種納米鐵粉分解爐級(jí)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(diào)控制，導(dǎo)致最終只能手動(dòng)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(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型提供了一種能夠?qū)崿F(xiàn)納米鐵粉分解爐多段溫度區(qū)的協(xié)調(diào)控制，提高分解爐熱處理質(zhì)量，最終能獲得理想的溫度控制精度納米鐵粉分解爐級(jí)聯(lián)溫度控制系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有納米鐵粉分解爐級(jí)聯(lián)溫度控制系統(tǒng)的上述不足。
[0004]本實(shí)用新型技術(shù)方案結(jié)合【附圖說(shuō)明】如下:
[0005]—種納米鐵粉分解爐級(jí)聯(lián)溫度控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括分解爐100、測(cè)溫?zé)犭娕?00、加熱器300、可編程溫度調(diào)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(jí)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(cè)溫?zé)犭娕?00包括測(cè)量并收集第一控制單元實(shí)時(shí)溫度的第一測(cè)溫?zé)犭娕?01和測(cè)量并收集第二控制單元實(shí)時(shí)溫度的第二測(cè)溫?zé)犭娕?02，所述的第一測(cè)溫?zé)犭娕?01設(shè)置在第一控制單元內(nèi)，所述的第二測(cè)溫?zé)犭娕?02設(shè)置在第二控制單元內(nèi)；所述的第一測(cè)溫?zé)犭娕?01與第二測(cè)溫?zé)犭娕?02與可編程溫度調(diào)節(jié)器400的一端連接，可編程溫度調(diào)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(diào)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(shè)置在分解爐100爐壁上，所述冷凝器700設(shè)置在分解爐100下端，為后一級(jí)反應(yīng)機(jī)構(gòu)。
[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(lái)調(diào)節(jié)第一控制單元的第一控制單元變壓器601和用來(lái)調(diào)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(diào)節(jié)器400和可控硅功率控制器500均設(shè)置在控制柜內(nèi)。
[0010]所述的可編程溫度調(diào)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(jí)聯(lián)運(yùn)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(jí)聯(lián)運(yùn)算模型相連接，所述的級(jí)聯(lián)運(yùn)算模型另一端與PID2相連接，通過(guò)級(jí)聯(lián)運(yùn)算模型將第一控制單元與第二控制單元溫度進(jìn)行級(jí)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(hào)。
[0012]本實(shí)用新型的有益效果為:
[0013]1、本實(shí)用新型能夠?qū)崿F(xiàn)納米鐵粉分解爐多段溫度區(qū)的協(xié)調(diào)控制，解決分解爐控溫波動(dòng)大的問(wèn)題，分解爐第一控制單元與第二控制單元控溫精度達(dá)到工作要求，提高了納米鐵粉分解爐的熱處理質(zhì)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(diǎn)。
[0014]2、在常規(guī)各溫區(qū)分體PID控制基礎(chǔ)上，利用數(shù)學(xué)模型實(shí)現(xiàn)納米鐵粉分解爐第一控制單元與第二控制單元PID運(yùn)算的級(jí)聯(lián)運(yùn)算，并采用級(jí)聯(lián)控制實(shí)現(xiàn)分解爐第一控制單元與第二控制單元溫度的協(xié)調(diào)控制，達(dá)到精確控溫的設(shè)計(jì)要求。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為本實(shí)用新型中可編程溫度調(diào)節(jié)器參數(shù)調(diào)節(jié)流程圖；
[0016]圖2為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)不意圖；
[0017]圖3為本實(shí)用新型中數(shù)學(xué)運(yùn)算模型的示意圖；
[0018]圖4為本實(shí)用新型中基本控制回路示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]實(shí)施例
[0020]參閱圖2，一種納米鐵粉分解爐級(jí)聯(lián)溫度控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括分解爐100、測(cè)溫?zé)犭娕?00、加熱器300、可控硅功率控制器500和可編程溫度調(diào)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(jí)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(cè)溫?zé)犭娕?00包括第一測(cè)溫?zé)犭娕?01和第二測(cè)溫?zé)犭娕?02，第一測(cè)溫?zé)犭娕?01設(shè)置于分解爐100的第一控制單元內(nèi)，用于測(cè)量和收集第一控制單元的實(shí)時(shí)溫度;第二測(cè)溫?zé)犭娕?02設(shè)置于分解爐100的第二控制單元內(nèi)，用于測(cè)量和收集第二控制單元的實(shí)時(shí)溫度。所述的第一測(cè)溫?zé)犭娕?01和第二測(cè)溫?zé)犭娕?02的信號(hào)分別接入可編程溫度調(diào)節(jié)器400的一端，所述的可編程溫度調(diào)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(shè)置在分解爐100爐壁上，所述冷凝器700設(shè)置在分解爐100下端，為后一級(jí)反應(yīng)機(jī)構(gòu)。
[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(lái)調(diào)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(lái)調(diào)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(diào)節(jié)器400和可控硅功率控制器500均設(shè)置在控制柜內(nèi)。
[0025]所述的測(cè)溫?zé)犭娕?00可以選用WRN(波長(zhǎng)路由選擇節(jié)點(diǎn))系列熱電偶，并選取分度號(hào)為K的鎳鉻一鎳硅熱電偶，測(cè)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(diào)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(gè)輸入端，通過(guò)預(yù)先建立的級(jí)聯(lián)溫度控制數(shù)學(xué)運(yùn)算模型，使納米鐵粉分解爐100內(nèi)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(yùn)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(yùn)算2”之間建立運(yùn)算聯(lián)系。
[0030]“PID運(yùn)算I”的輸入信號(hào)為分解爐100內(nèi)第一控制單元第一測(cè)溫?zé)犭娕?01測(cè)量值Tl、分解爐100內(nèi)第一控制單元的溫度設(shè)定值STl; “PID運(yùn)算I”輸出信號(hào)為Yl。
[0031 ] “級(jí)聯(lián)溫度控制數(shù)學(xué)運(yùn)算模型”的輸入信號(hào)為STl、Y1; “級(jí)聯(lián)溫度控制數(shù)學(xué)運(yùn)算模型”輸出信號(hào)為納米鐵粉分解爐100第二控制單元溫度設(shè)定值ST2，級(jí)聯(lián)溫度控制數(shù)學(xué)運(yùn)算模型采用ST2 = ST1+C*Y1，使分解爐第一控制單元的“PID運(yùn)算I”與第二控制單元的“PID運(yùn)算2”之間建立運(yùn)算聯(lián)系。
[0032]“PID運(yùn)算2”的輸入信號(hào)為納米鐵粉分解爐100第二控制單元內(nèi)的第二測(cè)溫?zé)犭娕?02測(cè)量值T2、第二控制單元溫度設(shè)定值即“PID運(yùn)算I”的輸出信號(hào)Y1;“PID運(yùn)算2”的輸出信號(hào)為Y2。
[0033]“PID運(yùn)算I”的輸出信號(hào)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(guò)第一控制單元變壓器601調(diào)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(yùn)算2”的輸出信號(hào)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(guò)第二控制單元變壓器602調(diào)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(diào)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(jí)聯(lián)運(yùn)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(jí)聯(lián)運(yùn)算模型相連接，所述的級(jí)聯(lián)運(yùn)算模型另一端與PID2相連接，通過(guò)級(jí)聯(lián)運(yùn)算模型將第一控制單元與第二控制單元溫度進(jìn)行級(jí)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(hào)?；究刂苹芈?00用以實(shí)現(xiàn)納米鐵粉分解爐100內(nèi)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(jí)聯(lián)。其中，Yl為“PID1”的輸出信號(hào)，ST2為“級(jí)聯(lián)運(yùn)算模型”的輸出信號(hào)，ST2與Yl通過(guò)數(shù)學(xué)運(yùn)算ST2 = ST1+C*Y1建立級(jí)聯(lián)關(guān)系，ST2能夠作為“PID2”的輸入處理，并最終實(shí)現(xiàn)輸出信號(hào)Y2的控制。
[0036]在本實(shí)施例中，基本控制回路800的PIDl與PID2的參數(shù)調(diào)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(shè)定；
[0038]分解爐100按工藝要求分為四段級(jí)聯(lián)而成，其中一、二段即101、102作為一個(gè)控制單元，三、四段即103、104作為一個(gè)控制單元，必須實(shí)現(xiàn)精確控制。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)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(shè)定；
[0040]根據(jù)步驟一設(shè)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(dá)到設(shè)定值STl，即Yl = STl時(shí)的PIDl參數(shù)作為“PID運(yùn)算I”的參數(shù)初始值;將達(dá)到設(shè)定值ST2，即Y2 = ST2時(shí)的PID2參數(shù)作為“PID運(yùn)算2”的參數(shù)初始值。
[0041]步驟三、采用級(jí)聯(lián)控制后調(diào)節(jié)PID控制器參數(shù)；
[0042]在步驟二獲得的“PID運(yùn)算I”與“PID運(yùn)算2”的參數(shù)初始值的基礎(chǔ)上，利用所述雙通道可編程溫度調(diào)節(jié)器400實(shí)現(xiàn)控制單元之間的級(jí)聯(lián)控制，重新整定PID控制器的參數(shù)，使第一控制單元測(cè)溫?zé)犭娕?01控制輸出值Yl和第二控制電源測(cè)溫?zé)犭娕?02的控制輸出值Y2達(dá)到第一控制單元的溫度設(shè)定值STl和第二控制單元的溫度設(shè)定值ST2。
[0043]本實(shí)用新型中第一測(cè)溫?zé)犭娕?01與第二測(cè)溫?zé)犭娕?02設(shè)置于第一控制單元與第二控制單元，兩個(gè)控制單元按照工藝保持一定的溫差，同時(shí)該溫差隨著兩個(gè)控制單元的溫度變化而動(dòng)態(tài)變化，并通過(guò)數(shù)學(xué)模型實(shí)現(xiàn)兩個(gè)控制單元溫度的級(jí)聯(lián)控制，從而實(shí)現(xiàn)分解爐溫度的協(xié)調(diào)控制，到達(dá)精確控溫的設(shè)計(jì)要求。
[0044]本實(shí)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(shí)用新型所述納米鐵粉分解爐級(jí)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(dá)設(shè)計(jì)要求，提高了分解爐熱處理質(zhì)量。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種納米鐵粉分解爐級(jí)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(cè)溫?zé)犭娕?200)、加熱器(300)、可編程溫度調(diào)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(jí)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(cè)溫?zé)犭娕?200)包括測(cè)量并收集第一控制單元實(shí)時(shí)溫度的第一測(cè)溫?zé)犭娕?201)和測(cè)量并收集第二控制單元實(shí)時(shí)溫度的第二測(cè)溫?zé)犭娕?202)，所述的第一測(cè)溫?zé)犭娕?201)設(shè)置在第一控制單元內(nèi)，所述的第二測(cè)溫?zé)犭娕?202)設(shè)置在第二控制單元內(nèi)；所述的第一測(cè)溫?zé)犭娕?201)與第二測(cè)溫?zé)犭娕?202)與可編程溫度調(diào)節(jié)器(400)的一端連接，可編程溫度調(diào)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(diào)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(shè)置在分解爐(100)爐壁上，所述冷凝器(700)設(shè)置在分解爐(100)下端，為后一級(jí)反應(yīng)機(jī)構(gòu)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米鐵粉分解爐級(jí)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(quán)利要求1所述的一種納米鐵粉分解爐級(jí)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(quán)利要求3所述的一種納米鐵粉分解爐級(jí)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(lái)調(diào)節(jié)第一控制單元的第一控制單元變壓器(601)和用來(lái)調(diào)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(quán)利要求1所述的一種納米鐵粉分解爐級(jí)聯(lián)溫度控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的可編程溫度調(diào)節(jié)器(400)和可控硅功率控制器(500)均設(shè)置在控制柜內(nèi)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米鐵粉分解爐級(jí)聯(lián)溫度控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的可編程溫度調(diào)節(jié)器(400)為雙通道PID控制器。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米鐵粉分解爐級(jí)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(jí)聯(lián)運(yùn)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(jí)聯(lián)運(yùn)算模型相連接，所述的級(jí)聯(lián)運(yùn)算模型另一端與PID2相連接，通過(guò)級(jí)聯(lián)運(yùn)算模型將第一控制單元與第二控制單元溫度進(jìn)行級(jí)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(hào)。
【文檔編號(hào)】G05D23/22GK205540337SQ201620074712
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)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(qǐng)人】長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)