管式炉温控系统调节及参数整定

　　石钢热电偶测试用管式炉长600mm,内径Φ45mm,由绕在管外功率2kW的电阻丝加热,管内控温热电偶检测炉内温度。由控温热电偶、DDZ-Ⅱ型电动调节器、触发器和可控硅组成控温回路。因此,它实际为单输入、单输出的定值温控系统。其控温原理如图1。

　　1　调节器调节规律的选取

　　对于同一控制对象采用不同的调节规律所得到的调节效果是不相同的,因此,必须对调节器的调节规律进行选择,只有合理地选择调节规律,选择调节器的各个参数,才能提高控温速度,保障控温质量,加快热电偶测试工作的开展。

　　为了从理论上分析方便,可将触发器、可控硅及管式炉三者看作为广义的被控对象。根据过程控制原理可画出上图控制通道的方框图(图2)。

　　因为被控对象为温度,所以根据炉温的动态特性,据文献[1]可知控制通道传递函数为:

　　上式表明调节器的特性既取决于对象特性Gp(S),也取决于闭环特性Y(S)/R(S)。显然,如果要求闭环特性响应不出现任何静、动误差,即Y(S)/R(S)=1,那么必须使调节器的放大倍数为∞,显然,这是不可能的。

　　由于被控对象——炉温在阶跃输入影响下,具有非振荡特性且有自平衡能力,因此其闭环特性为:

　　从而获得了调节器的调节模式。观察此式,可以发现其与三作用调节器的调节规律相一致。因此,所选用的DDZ-Ⅱ型调节器应具有PID调节规律。

　　2　参数的整定

　　温控系统的控制质量取决于对象特性、控制方案、干扰形式与幅值等因素,当系统组成以后,这些因素基本就固定下来。这时,在调节器调节规律确定以后,温控的质量就取决于调节器各参数的整定了。

　　一般来说,调节器参数的整定有几十种之多,但工程上常用的仅有临界比例度法、衰减曲线法、经验法、响应特性曲线法等几种。由于炉温具有滞后、大惯性、慢时变等固有特性[3],根据对象的这些特点,本文采用响应特性曲线法在800℃点对调节器的参数进行整定。

　　将控温热电偶放入炉内中央位置,正确接线组成系统。调节器“手动-自动”切换开关扳至“手动”位置,并将手动输出旋钮反时针旋到底,使手动输出最小。开启总的电源,调节器、记录仪通电。将可控硅控制器“手动-控制”开关扳至“手动”,直接给炉子送电。待炉温升到785℃时,减小炉丝电压,把可控硅控制器“手动-控制”开关扳至“控制”档,改炉子直接通电变为调节器手动控制。调节调节器手动旋钮,使炉丝电压降至保温电压,最后管式炉炉温稳定在792℃,此时调节器手动输出为4.2mA。然后,调节手动调节旋钮,给一阶跃信号,使调节器输出由4.2mA上升至5.6mA,同时由XWD-402电子电位差计记录温度变化的响应曲线(如图3所示)。