[doc格式] 電氣隧道窯的溫度控制系統(tǒng)

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1、電氣隧道窯的溫度控制系統(tǒng) 工業(yè) 電氣隧道窯的溫度控制系統(tǒng) 葉惠蘭 (廣州市光機(jī)電技術(shù)研究院,廣東省現(xiàn)代控制與光機(jī)電技術(shù)公共實(shí)驗(yàn)室,廣東廣州510663) 麟i 摘簍紹一種典型 測(cè)0控制,并將所構(gòu) 莢鍵詞:數(shù)據(jù)采集; 中圖分類號(hào):TP273 的分布式溫度監(jiān)測(cè),控制系統(tǒng)的構(gòu)建方法 建的控制管理系統(tǒng)應(yīng)用于企業(yè)生產(chǎn)線. 熱電偶;溫度傳感器;模/數(shù)轉(zhuǎn)換器 利用【業(yè)控制電惱對(duì)連續(xù)運(yùn)行的34米電氣隧道窯的溫度進(jìn)行檢 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B文章編號(hào):1009—9492(2009)07—0041—02 l概述 某產(chǎn)品在進(jìn)入34米隧道窯后,需要經(jīng)過10個(gè)溫控 區(qū),共72小時(shí)的加溫區(qū)～

2、恒溫區(qū)～降溫區(qū)而形成成品,10 個(gè)溫區(qū)的溫度控制非常重要,直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠 性. 研制兩條34米隧道窯微機(jī)控制系統(tǒng)是根據(jù)企業(yè)的需 求,在保持原有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,引入微機(jī),實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢 測(cè),控制,管理,打印兩條連續(xù)運(yùn)行的34米電氣隧道窯 系統(tǒng)的檢測(cè)數(shù)據(jù).該系統(tǒng)為實(shí)時(shí)檢測(cè),顯示,’印,存儲(chǔ) 檢測(cè)數(shù)據(jù)的榆測(cè)管理系統(tǒng),用戶可根據(jù)需要,設(shè)置定時(shí)打 印數(shù)據(jù),故障報(bào)警,提示用戶操作等功能. 2工作原理 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思想是以T業(yè)控制微機(jī)為控制核心…, 幫個(gè)系統(tǒng)硬件部分包括溫度檢測(cè)部分,電壓柃測(cè)部分,電 流檢測(cè)部分,控制執(zhí)行部分,鍵盤輸入部分,顯爾和打印 輸出部分及系統(tǒng)基本電路.系

3、統(tǒng)利用工業(yè)控制微機(jī)系統(tǒng)扶 得溫度傳感器,電流,電壓數(shù)據(jù)并與系統(tǒng)設(shè)計(jì)值進(jìn)行比 較,根據(jù)比較結(jié)果分別控制執(zhí)行系統(tǒng).系統(tǒng)原理圖和溫度 控制系統(tǒng)原理框圖如圖1所示: 系統(tǒng)由工業(yè)控制微機(jī)系統(tǒng),電器控制柜,溫度變送電 路,電壓變送電路,電流變送電路以及外部電源,輸入, 顯示,打印機(jī)等組成.檢測(cè)信號(hào)直接從熱電偶并通過串行 口RS一232取得.,每條隧道窯分為卜個(gè)控溫區(qū),每個(gè)控 溫區(qū)都分別接上一個(gè)”于動(dòng)”/”機(jī)控”狀態(tài)丌關(guān).在”手 動(dòng)”狀態(tài)時(shí)電腦系統(tǒng)不控制(即控制部分采用原有的系統(tǒng) 控制),只對(duì)各區(qū)溫度進(jìn)行采樣,顯示,在”機(jī)控”狀態(tài) 時(shí)原來的控制系統(tǒng)不能控制各區(qū)的溫度(調(diào)壓器的波段開

4、收稿日期:2009—05—13 鞭瓣囊赫囊 關(guān)能控制調(diào)壓器的電流,電壓輸出),由微機(jī)系統(tǒng)控制. 系統(tǒng)的溫度采樣采用秒中斷方式進(jìn)行連續(xù)采樣, 在同一時(shí)刻分別對(duì)一個(gè)控溫區(qū),一個(gè)顯示區(qū)進(jìn)行1分種左 右的采樣,電流采樣每30秒左右采樣一次,電壓是每分 鐘采樣一次,各種采樣信號(hào)都是毫伏的電壓值,通過算術(shù) 運(yùn)算計(jì)分別算出它的溫度,電流,電壓值. 電流 電壓 溫度 測(cè)量裝 置 l(II)號(hào)窯 工業(yè)控制 微機(jī)系統(tǒng) 低溫區(qū)調(diào)壓器 中溫區(qū)調(diào)壓器 高溫區(qū)l調(diào)壓器 高溫區(qū)II調(diào)壓器 高溫區(qū)Il1調(diào)壓器 圖1系統(tǒng)原理框圖 由于停電或故障原因造成短時(shí)間的停窯,在恢復(fù)供電 后,

5、如窯溫在9lO℃以上,以20℃/小時(shí)的升溫率升溫;如 果窯溫在910℃以下,按窯爐冷起動(dòng)時(shí)的升溫速度升溫, 當(dāng)各區(qū)分別達(dá)到指定的溫度時(shí),計(jì)算機(jī)在單整數(shù)時(shí)間里發(fā) 出進(jìn)車信號(hào),進(jìn)車信號(hào)保持20分鐘,其它時(shí)間不得進(jìn)車, 并且檢測(cè)出每2小時(shí)內(nèi)的進(jìn)車次數(shù),通過打印機(jī)自動(dòng)打印 分別號(hào)窯各區(qū) 控制 輸出,從而保證產(chǎn)品的質(zhì)繁. 冷啟動(dòng)在窯溫未達(dá)到400℃時(shí),不對(duì)窯溫進(jìn)行控制 (只對(duì)窯溫進(jìn)行采樣,示,但不對(duì)電流,電壓采樣),當(dāng) 窯溫升到400℃時(shí)才進(jìn)入”機(jī)控”控制狀態(tài),當(dāng)溫度小于 700時(shí),以25cc/小時(shí)的升溫率升溫,當(dāng)溫度大于700℃ 時(shí),小于91O℃時(shí),以20℃/小時(shí)的升溫率升溫:

6、 3技術(shù)性能指標(biāo) 3.1系統(tǒng)主要技術(shù)要求 (1)保持原來的控制系統(tǒng)(即通過交流接觸器控制調(diào) 壓器輸出電),引入微機(jī)系統(tǒng)后,應(yīng)要做到可用計(jì)算機(jī) 系統(tǒng)自動(dòng)控制,或片j原來的系統(tǒng)控制,相互之間轉(zhuǎn)換方 便,互不干擾 (2)顯示2條窯共20個(gè)區(qū)的溫度和10個(gè)區(qū)的電流, 電壓,定時(shí)對(duì)隧道窯的溫度刷新數(shù)據(jù),每小時(shí)(可自動(dòng)設(shè) 定)自動(dòng)扣’印輸出2條窯各區(qū)的溫度,電流,電壓值,電 流數(shù)據(jù)為連續(xù)采樣. (3)具有超溫處理,斷相,斷保險(xiǎn),以及電流過載的 處理和報(bào)警,示功能. ①超溫報(bào)警:當(dāng)溫度超出指定值6℃時(shí),報(bào)警并發(fā)出 信號(hào); ②過載短路報(bào)警:當(dāng)某控溫區(qū)的電流大于330安培 時(shí),系

7、統(tǒng)過載斷路報(bào)警處理; ⑧斷棒報(bào)警:當(dāng)某個(gè)控溫區(qū)連續(xù)二次電流采樣數(shù)的絕 對(duì)值小于3O安培(沒有升溫調(diào)壓器擋次的情況一F),系統(tǒng) 斷棒報(bào)警處; (調(diào)壓器保險(xiǎn)絲斷報(bào)警:當(dāng)某個(gè)控溫區(qū)的第九檔(最 高檔)或更多的的保險(xiǎn)絲斷時(shí),系統(tǒng)報(bào)警,此時(shí)系統(tǒng)使 該區(qū)的報(bào)警燈亮. (4)每隔2小時(shí)發(fā)進(jìn)車信號(hào),持續(xù)20分鐘,其它時(shí) 間不得進(jìn)車(發(fā)進(jìn)車信號(hào)的時(shí)間為單數(shù)整點(diǎn)時(shí)間,如1點(diǎn) 正,3點(diǎn)正,5點(diǎn)正). (5)自動(dòng),于動(dòng)操作打印2條窯的檢測(cè)數(shù)據(jù). 3.2主要技術(shù)指標(biāo) (1)控溫的精度為5℃; (2)電流的變化范圍為0～330A; (3)各區(qū)的保溫值如表1所示. 表1各區(qū)保溫值 4關(guān)鍵技術(shù)

8、 4.1系統(tǒng)硬件 電腦檢測(cè)系統(tǒng)采用了I:業(yè)控制微機(jī)系統(tǒng),該系統(tǒng)采用 多種專門高抗干擾設(shè){f’,選配的系統(tǒng)各種選件包括: (1)工業(yè)控制主CPU板一塊; (2)顯示器一個(gè); (3)多功能擴(kuò)展板一塊; (4)模入/模出接口板一塊; (5)光隔離開關(guān)量輸入輸出接口板二塊; (6)光隔離開關(guān)量輸出接口板_一塊; (7)控制柜一個(gè); (8)打印機(jī)一臺(tái). 4.2軟件 系統(tǒng)采用C語(yǔ)言,根據(jù)系統(tǒng)的技術(shù)要求專門設(shè)計(jì).系 統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)在于軟件采用有效的采樣方式及算法解決在 大電磁場(chǎng)干擾下的抗干擾及零飄的問題.實(shí)施的辦法如 下. (1)首先每采樣一次數(shù)據(jù),首先接通對(duì)地的通道采 樣

9、,然后接通相應(yīng)的通道分別采樣.由于電腦的運(yùn)算速度 快,將相應(yīng)的通道采樣值減去對(duì)地的通道采樣值,得出一 次的采樣值. 圖234米電器隧道窯溫度控制主程序框圖 (2)其次通過軟件的編程和算法處理,采用最大值采 樣.系統(tǒng)采用保留當(dāng)前十個(gè)極值的方法解決,即每采樣一 個(gè)A/D轉(zhuǎn)換值,與保留的十個(gè)極值排序,比較,去掉其中 的最小值,得到最新十個(gè)極值,直至采樣結(jié)束;再對(duì)這十 個(gè)極值中值濾波,求取平均值,即得讀表值.這樣可以排 除讀表過程中的脈動(dòng)干擾,使系統(tǒng)能得到穩(wěn)定的數(shù)據(jù). (3)采用定時(shí)中斷采樣方式,再通過軟件的編程和算 法處理,使系統(tǒng)能得到穩(wěn)定的數(shù)據(jù),并將實(shí)時(shí)檢測(cè)的數(shù)據(jù) 顯示,保

10、留,必要時(shí)可通過打印機(jī)打印. 5技術(shù)現(xiàn)狀與推廣應(yīng)用的條件和應(yīng)用前景 隧道窯溫度控制在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛,每一件產(chǎn)品 從進(jìn)入34米電氣隧道窯開始,經(jīng)過72小時(shí),lO個(gè)控溫區(qū) lI[.I(下轉(zhuǎn)第84頁(yè)) 的分散性及數(shù)目,要優(yōu)于用NSGAII獲得的Pareto解.新 算法的CD=O.0072l,SP=0.203,NSGAII的GD=O.0775, SP=0.255,同時(shí)新算法的計(jì)算時(shí)要優(yōu)于NSGAII算法. ?NSGAII o新算法 5新算法與NSGAII的Pareto前沿比較 表4Pareto解集的模糊評(píng)價(jià)的性能特征 表4是新算法Pareto解集的模糊評(píng)價(jià)的性能特征,根

11、據(jù)公式(2)得表4中性能特征,把目標(biāo)的模糊偏好引入 折衷解,從而根據(jù)偏好得出滿意解.如希望偏好目標(biāo)值 , 則選擇FI=1.000,=0.556. 從圖2到圖5町以看出,新算法和NSGAII算法相 比,解的件能及計(jì)算時(shí)間均有所改善.表1到表4是根 據(jù)}i標(biāo)的滿意程度刈折衷解進(jìn)行模糊評(píng)判,得出Pareto 解集不的性能特征解,并根據(jù)目標(biāo)的偏好米進(jìn)行滿意 解的選扦,可以為復(fù)雜f:程問題中的多日標(biāo)優(yōu)化提供更 明確的決策 4小結(jié) 基丁模糊偏好的MOPSO算法易實(shí)現(xiàn),種群規(guī)模小, 具彳丁很強(qiáng)局部搜索能力和較好的魯棒性能,不儀使非劣解 集均勻分布,盡可能的逼近非劣前沿,并H擴(kuò)展_r

12、jF劣解 集的范圍,使非劣解集對(duì)于每個(gè)目標(biāo)而占都有較廣的覆 蓋范圍,從而提高_(dá)r非劣解集的質(zhì)量,『司時(shí)通過后驗(yàn)的模 糊評(píng)價(jià),得劍目標(biāo)偏好的模糊信息,束確定折衷解的滿意 解.與NSGAII算法卡R比,計(jì)算時(shí)間要優(yōu)于前者,非劣 解的質(zhì)量也有改進(jìn),所以新算法是一種高效的優(yōu)化算法, 兄其對(duì)解決大規(guī)模,高維,非線性等復(fù)雜的工程問題有借 鑒意義. 參考文獻(xiàn): [1]BellDE,KeeneyRL,Raiffa.Confli(-ringobjectivesinde— cisionM].Chiehester:wiley,1977. [2]SrinivasN,DebK.Multiobjec

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17、+”+”+??+”+”+”+”+??+??+”+”+??—+一”+??+”+”—+一??—+一”+”—卜”+”+??—+一”—+_一 (上接第42頁(yè)) 的恒溫控制非常重要,A接影響產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性.保 持一定的溫度控制,接影響著企業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量,對(duì)節(jié)省 人力,fu/J,提高{產(chǎn)的安全性,提高產(chǎn)品晚和效率, 促進(jìn)生產(chǎn)的提高,都具有深遠(yuǎn)的意義. 參考文獻(xiàn): l1]研華工業(yè)控制機(jī)及其數(shù)據(jù)采集,I/0接口模塊等產(chǎn)品說明書 (科日新工控IPC一610P系列)fM12002 [2]徐德炳譯.傳感器的接口及信號(hào)[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版 社.1984. [3]李大友.微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)[M].北京:清華大學(xué)出版 社.1998. 作者簡(jiǎn)介:葉惠蘭,女,1958年生,廣東人,大學(xué)?？?工程 師.研究領(lǐng)域:自動(dòng)控制,計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù) f編輯:吳智恒) r———————————r————————r———————————] }I84}J