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PID控制仪替换双金属温度计在粘胶长丝烘干中的应用

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 【摘要】介绍了 PID 自整定控制仪在粘胶长丝烘干温度控制中的应用,该控制仪与原采用的双金属温度计相比,具有烘干温度调控全程自动化和温度调节及时、时间短、振幅小、振荡次数少、精度高的显著优势,且节约蒸汽量明显。

 
        我公司粘胶长丝烘干工序原采用双金属温度计显示烘干机内的温度。双金属温度计是一种测量中低温度的现场检测仪表,只是单纯显示温度,并无自动控制功能,通过温度计刻度显示了解烘干机内温度高低,再根据经验手动调节蒸汽阀门开度来调节烘干温度。此方法全为人工操作调节烘干温度,调节不及时、精确度低,不仅费时费力,而且烘干时间过长或温度过高会造成丝的颜色发黄、韧性变差。鉴于此方法存在的缺点,为了及时调整烘干温度并保持烘干温度的稳定,我们采用 PID 自整定控制仪取代了原来的双金属温度计控制,烘干温度调节及时、快速、精度高,并节约了烘干所需蒸汽用量,达到了较为理想的效果。
 
1 原烘干工序温度控制系统
1. 1 原烘干温度控制系统及温度调节
        我公司粘胶长丝烘干工序使用的是隧道式烘干机,机内设有有四个烘干段,每个烘干段有七个烘干区,每个烘干区的温度各异。原采用双金属温度计显示各烘干区温度,通过温度计刻度显示了解烘干机内温度状况,再根据经验手动调节蒸汽阀门来调节烘干温度。七个区的温 度 要 求 为: 70℃、75℃、83℃、85℃、83℃、75℃、70℃,温度偏差不能大于 ±2℃,调节时间不能超过 600s。如果温度偏差大或温度不稳定,将影响丝饼的烘干效果而降低成品丝质量。烘干工序温度控制系统如图1 所示。
烘干工序温度控制系统
        如一区的烘干温度设定为 70℃,其温度调节曲线如图 2 所示 (见下页)。
温度调节曲线图
        从图 2 可以看到,当温度低于设定温度在68℃以下时,因为是人工调节所以可能要经过120s 或更长的滞后时间才开始调节,再经过600s 时间的调节才能基本达到设定值,调节后大约还有0.4℃的温度偏差。在调节的过程中要经过5 次温度振荡,温度振幅最高可达6.5℃。
 
1. 2 原烘干温度控制系统存在的问题
        原烘干温度调节为人工调节,当温度出现偏差未能及时发现,就有可能出现较大的温度偏差,从发现偏差到完成温度调节的时间过长,且要经过多次调节才能基本达到设定温度,调节过程中的温度振幅也不能控制。归纳起来系统存在的问题是:
        ①温度调节不及时且调节过程时间过长;
        ②振幅大、振荡次数多,调节精度低。
 
2 PID 自整定控制仪在烘干工序温度控制中的应用
        鉴于使用双金属温度计系统控制粘胶长丝烘干温度存在的问题,我们以 PID 自整定控制仪取代了双金属温度计。因为 PID 控制仪可根据被控对象 (如温度、压力),自动演算出最佳 PID 控制参数,来改变输出电流的大小,输出给执行机构 (如阀门等) 来实现控制功能,适用各种测量控制场合。我们采用昌晖 SWP - NS. NST80 PID 控制仪,利用温度传感器把温度值转换为 4 ~20mA 电信号输出到 PID 控制仪,设定值与实际值对比,再经过 PID 控制仪控制输出电流大小来调节蒸汽阀门开度,控制蒸汽量的大小,使烘干区保持恒定的温度。PID 控制仪烘干温度控制系统如图 3 所示。
PID 控制仪烘干温 度控制系统
        在烘干工序的温度调节控制中,温度传感器检测温度并把温度信号转化成 4 - 20mA 的电信号输出给 PID 自整定控制仪,控制仪根据温度的变化而自动演算出最佳 PID 控制参数,从而改变输出电流的大小来实现自动控制,保证烘干区温度达到设定要求且精度高。其控温过程为: 当烘干区内温度受外界扰动或改变温度设定值时,实际温度与设定值之间就有偏差,就要调节蒸汽阀门的开度大小,改变蒸汽输出量来调节温度。开始温度偏差较大时,PID 温度控制仪输出电流大,蒸汽阀门开度大,烘干区内温度上升的快; 当温度逐渐接近设定值,偏差也逐渐减小,这时电流输出较小,蒸汽阀门开度变小,温度向设定值靠近; 只要温度偏差还存在,随着时间延续,电流就自动达到某一个值,直至温度偏差等于零,并维持蒸汽阀门适宜的开度。如一区的烘干温度设定为 70℃,PID 自整定控制仪温度调节曲线如图 4 所示。
        PID 自整 定控制仪温度调节曲线
        从图 4 可以看出,当温度低于设定温度在68℃以下时,PID 自整定控制仪及时作出调节,没有滞后时间,调节时间 180s 就达到设定值,且不存在温度偏差。在调节过程中仅经过 3 次温度振荡,而且温度振幅最高为 4℃。可见,PID 自整定控制仪在烘干温度出现偏差时能够及时调节,且调节时间短、振幅小、振荡次数少、精度高。
 
3 PID 自整定控制仪在烘干工序应用的效果
 
3. 1 保持烘干温度稳定效果显著
        在粘胶长丝烘干工序应用 PID 自整定控制仪后,与以前采用双金属温度计相比,PID 控制仪优势明显。当烘干温度出现偏差,PID 控制仪立刻进入调节状态,不存在滞后时间,而且温度调节时间短、振幅小、振荡次数少、调节精度高,对保持烘干温度的稳定其效果非常显著。
 
        原双金属温度计控制系统和现有 PID 自整定控制仪控制系统对烘干温度调节的对比如下表所示:
烘干温度调节对比
        由上表数据可见,PID 控制系统明显优于双金属温度计系统。
 
3. 2 节省人工
        原双金属温度计控制系统因为无自动控制功能,烘干温度的调节完全是依靠操作工不定时的巡查来观测烘干机各烘干区温度变化并进行手动调节,生产现场需要 6 人来分工协作。采用 PID 自整定控制仪控制系统后,完全实现了烘干温度的自动控制,只需 1 人来维护管理。并且,烘干温度调节整个过程不需要操作工参与,不会受人为因素影响,保证了温度调节的稳定性。
 
3. 3 节约蒸汽
        采用 PID 自整定控制仪控制烘干温度后,蒸汽阀门开度根据烘干温度变化自动调整,避免了过量输出蒸汽,比原控制系统节约蒸汽量在 40%以上。

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