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PID控制儀替換雙金屬溫度計在粘膠長絲烘干中的應用

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 【摘要】介紹了 PID 自整定控制儀在粘膠長絲烘干溫度控制中的應用,該控制儀與原采用的雙金屬溫度計相比,具有烘干溫度調控全程自動化和溫度調節及時、時間短、振幅小、振蕩次數少、精度高的顯著優勢,且節約蒸汽量明顯。

 
        我公司粘膠長絲烘干工序原采用雙金屬溫度計顯示烘干機內的溫度。雙金屬溫度計是一種測量中低溫度的現場檢測儀表,只是單純顯示溫度,并無自動控制功能,通過溫度計刻度顯示了解烘干機內溫度高低,再根據經驗手動調節蒸汽閥門開度來調節烘干溫度。此方法全為人工操作調節烘干溫度,調節不及時、精確度低,不僅費時費力,而且烘干時間過長或溫度過高會造成絲的顏色發黃、韌性變差。鑒于此方法存在的缺點,為了及時調整烘干溫度并保持烘干溫度的穩定,我們采用 PID 自整定控制儀取代了原來的雙金屬溫度計控制,烘干溫度調節及時、快速、精度高,并節約了烘干所需蒸汽用量,達到了較為理想的效果。
 
1 原烘干工序溫度控制系統
1. 1 原烘干溫度控制系統及溫度調節
        我公司粘膠長絲烘干工序使用的是隧道式烘干機,機內設有有四個烘干段,每個烘干段有七個烘干區,每個烘干區的溫度各異。原采用雙金屬溫度計顯示各烘干區溫度,通過溫度計刻度顯示了解烘干機內溫度狀況,再根據經驗手動調節蒸汽閥門來調節烘干溫度。七個區的溫 度 要 求 為: 70℃、75℃、83℃、85℃、83℃、75℃、70℃,溫度偏差不能大于 ±2℃,調節時間不能超過 600s。如果溫度偏差大或溫度不穩定,將影響絲餅的烘干效果而降低成品絲質量。烘干工序溫度控制系統如圖1 所示。
烘干工序溫度控制系統
        如一區的烘干溫度設定為 70℃,其溫度調節曲線如圖 2 所示 (見下頁)。
溫度調節曲線圖
        從圖 2 可以看到,當溫度低于設定溫度在68℃以下時,因為是人工調節所以可能要經過120s 或更長的滯后時間才開始調節,再經過600s 時間的調節才能基本達到設定值,調節后大約還有0.4℃的溫度偏差。在調節的過程中要經過5 次溫度振蕩,溫度振幅最高可達6.5℃。
 
1. 2 原烘干溫度控制系統存在的問題
        原烘干溫度調節為人工調節,當溫度出現偏差未能及時發現,就有可能出現較大的溫度偏差,從發現偏差到完成溫度調節的時間過長,且要經過多次調節才能基本達到設定溫度,調節過程中的溫度振幅也不能控制。歸納起來系統存在的問題是:
        ①溫度調節不及時且調節過程時間過長;
        ②振幅大、振蕩次數多,調節精度低。
 
2 PID 自整定控制儀在烘干工序溫度控制中的應用
        鑒于使用雙金屬溫度計系統控制粘膠長絲烘干溫度存在的問題,我們以 PID 自整定控制儀取代了雙金屬溫度計。因為 PID 控制儀可根據被控對象 (如溫度、壓力),自動演算出最佳 PID 控制參數,來改變輸出電流的大小,輸出給執行機構 (如閥門等) 來實現控制功能,適用各種測量控制場合。我們采用昌暉 SWP - NS. NST80 PID 控制儀,利用溫度傳感器把溫度值轉換為 4 ~20mA 電信號輸出到 PID 控制儀,設定值與實際值對比,再經過 PID 控制儀控制輸出電流大小來調節蒸汽閥門開度,控制蒸汽量的大小,使烘干區保持恒定的溫度。PID 控制儀烘干溫度控制系統如圖 3 所示。
PID 控制儀烘干溫 度控制系統
        在烘干工序的溫度調節控制中,溫度傳感器檢測溫度并把溫度信號轉化成 4 - 20mA 的電信號輸出給 PID 自整定控制儀,控制儀根據溫度的變化而自動演算出最佳 PID 控制參數,從而改變輸出電流的大小來實現自動控制,保證烘干區溫度達到設定要求且精度高。其控溫過程為: 當烘干區內溫度受外界擾動或改變溫度設定值時,實際溫度與設定值之間就有偏差,就要調節蒸汽閥門的開度大小,改變蒸汽輸出量來調節溫度。開始溫度偏差較大時,PID 溫度控制儀輸出電流大,蒸汽閥門開度大,烘干區內溫度上升的快; 當溫度逐漸接近設定值,偏差也逐漸減小,這時電流輸出較小,蒸汽閥門開度變小,溫度向設定值靠近; 只要溫度偏差還存在,隨著時間延續,電流就自動達到某一個值,直至溫度偏差等于零,并維持蒸汽閥門適宜的開度。如一區的烘干溫度設定為 70℃,PID 自整定控制儀溫度調節曲線如圖 4 所示。
        PID 自整 定控制儀溫度調節曲線
        從圖 4 可以看出,當溫度低于設定溫度在68℃以下時,PID 自整定控制儀及時作出調節,沒有滯后時間,調節時間 180s 就達到設定值,且不存在溫度偏差。在調節過程中僅經過 3 次溫度振蕩,而且溫度振幅最高為 4℃。可見,PID 自整定控制儀在烘干溫度出現偏差時能夠及時調節,且調節時間短、振幅小、振蕩次數少、精度高。
 
3 PID 自整定控制儀在烘干工序應用的效果
 
3. 1 保持烘干溫度穩定效果顯著
        在粘膠長絲烘干工序應用 PID 自整定控制儀后,與以前采用雙金屬溫度計相比,PID 控制儀優勢明顯。當烘干溫度出現偏差,PID 控制儀立刻進入調節狀態,不存在滯后時間,而且溫度調節時間短、振幅小、振蕩次數少、調節精度高,對保持烘干溫度的穩定其效果非常顯著。
 
        原雙金屬溫度計控制系統和現有 PID 自整定控制儀控制系統對烘干溫度調節的對比如下表所示:
烘干溫度調節對比
        由上表數據可見,PID 控制系統明顯優于雙金屬溫度計系統。
 
3. 2 節省人工
        原雙金屬溫度計控制系統因為無自動控制功能,烘干溫度的調節完全是依靠操作工不定時的巡查來觀測烘干機各烘干區溫度變化并進行手動調節,生產現場需要 6 人來分工協作。采用 PID 自整定控制儀控制系統后,完全實現了烘干溫度的自動控制,只需 1 人來維護管理。并且,烘干溫度調節整個過程不需要操作工參與,不會受人為因素影響,保證了溫度調節的穩定性。
 
3. 3 節約蒸汽
        采用 PID 自整定控制儀控制烘干溫度后,蒸汽閥門開度根據烘干溫度變化自動調整,避免了過量輸出蒸汽,比原控制系統節約蒸汽量在 40%以上。

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