Диссертация (Разработка способа и алгоритмов управления электрическими печами сопротивления, обеспечивающих временную и пространственную равномерность нагрева), страница 12

При отношении IОТС/IНОМ ≤ 2,значение пропорциональной составляющей, при настройке ПИ-регулятора,является постоянным (рис. 3.11, кривая 1). При отношении IОТС/IНОМ ≥ 3,значение пропорциональной составляющей плавно уменьшается. Наиболеесложной задачей является определение и настройка пропорциональнойсоставляющей при значениях «токовой отсечки», как раз в рекомендуемомнами диапазоне 1,5 <IОТС/IНОМ< 2,5 (кривая 1, рис. 3.11).

Интегральнаясоставляющая ПИ-регулятора, при изменении токовой отсечки, практическине меняется (кривая 2, рис. 3.11).Сравнение вариантов исполнения систем управлениянагревателями из тугоплавких металловВ заключение приводится сравнение токовых характеристик (рис. 3.11)длясистемыуправленияспереключениемступенейнапряжениятрансформатора (кривая 1), а также с регуляторами температуры с токовымиотсечками внутри регулятора (кривая 2) и с дополнительным каналомобратной связи по току (кривая 3).Страница | 80Как показывает анализ рис.

3.11:- все способы организации питания нагревателей позволяют обеспечитьплавный пуск печи;- применение регулятора с дополнительным каналом по току позволяетснизить бросок тока на нагревателях: на 30% в сравнении с «токовойотсечкой» во внутреннем контуре регулятора; на 70% – с переключениемступеней напряжения трансформатора;- для ряда технологических процессов, когда не требуется ограничениескорости нагрева, использование регуляторов с «токовой отсечкой»позволяет регулировать (увеличивать) скорость нагрева в сравнении ссистемойуправленияспереключениемступенейнапряжениятрансформатора;- кроме того, система управления с дополнительным каналом по токуболее проста и удобна в настройке.Страница | 81Рис.

3.12. Зависимости тока на нагревателях от времени: 1 – с переключением ступеней напряжения;2 – с внутренним контуром тока; 3 – с дополнительной обратной связью по токуСтраница | 82Таким образом, при проектировании системы управления ЭПС снагревателямисвысокимзначениемкоэффициентаэлектрическогосопротивления можно рекомендовать применение регулятора температуры сограничением тока в канале обратной связи по температуре.

В связи с тем,что такой способ организовывает наиболее «плавный пуск» нагревателей«холостой печи», что в конечном итоге положительного сказывается напродлении срока службы всего комплекта нагревательных элементов.Страница | 83Выводы по главе 31. Установлено, что для ЭПС общепромышленного назначениянаибольшеепредпочтениеследуетотдатьсистемерегулированиятемпературы, в которой датчик устанавливается вблизи футеровки.2. Предложена методика выбора установленной мощности регуляторовтемпературы многозонной ЭПС периодического действия с компенсациейразности температур между тепловыми зонами в процессе нагрева.Определены зависимости для расчета дополнительной мощности,требуемой для компенсации разности температур между тепловыми зонами.Представлены в полиномиальной форме.Показана возможность и целесообразность использования3.адаптивнойсистемыуправлениятепловымизонамиЭПС,процесспараметрической адаптации которой осуществляется автоматически наоснове разработанных полиномов.

Адаптивная система уменьшает разностьтемпературы до допустимого значения, определяемого технологическимпроцессом и не превышающего 5 % от установившегося значения.4.Показано,чтоприменениеразработанногорегуляторасдополнительным каналом по току позволяет снизить бросок тока нанагревателях: на 30% в сравнении с «токовой отсечкой» во внутреннемконтуре регулятора; на 70% – с переключением ступеней напряжения.Страница | 844. РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙСИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПЕЧЕЙСОПРОТИВЛЕНИЯ ДЛЯ ТЕРМООБРАБОТКИКЕРАМИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ4.1. Разработка уточненной имитационной модели электрической печисопротивления на основе экспериментальных исследованийНастройка параметров регуляторов температуры ЭПС для каждой новойпечи вручную трудоемкая и финансово затратная операция.

Это делаетцелесообразным разработку уточненнойимитационной модели ЭПС,параметры которой определяются на основе паспортных данных печи [66, 77,78].Эксперименты по определению параметров модели проводились накамернойэлектрическойпечиСНО-3.3,5.3,5/9стехническимихарактеристиками [45], приведенными в табл.4.1.

Схема проведенияэксперимента приведена на рис.4.1.Таблица 4.1 – Технические характеристики ЭПС СНО-3.3,5.3,5/9ХарактеристикаЗначениеУстановленная мощность, Pном, кВт7Питающее напряжение, Uном, В220Количество фаз нагревателя1Температура в печи, оС700Габариты рабочей камеры (Ш-Г-В), мм300х350х3501 слой – шамот-легковес;Материал футеровки2 слой – диатомитовыйкирпич;3 слой – асбестовая засыпка.Страница | 85Рис.4.1. Схема проведения экспериментаПитание и управление ЭПС осуществлялось от щита типа ИЗРП-241 савтоматическим микропроцессорным регулятором температуры(производстваПО«Овен»).РегуляторобеспечивалТРМ-202импульсноерегулирование температуры с алгоритмом пропорционально-интегральнодифференциального(ПИД)законарегулирования.ТермопараТХАрасполагалась вблизи футеровки.

Мощность, вводимая в печь, определяласьпо показаниям счетчика активной энергии. Для измерения температурыкожуха печи использовался пирометр излучения. Мощность, вводимая в печьпри разогреве, составляла 6930 Вт. Уставка регулятора температурызадавалась равной 700о С.Эксперименты проводились путем регистрации температуры в печи спомощью микропроцессорного регулятора температуры через одинаковыеСтраница | 86промежутки времени, равные 30 сек. Переходная характеристика изменениятемпературы от времени («кривая разогрева») снималась на «холостой» печи(без загрузки) и печи с загрузкой, параметры которой приведены в табл.4.2.Таблица 4.2 – Параметры загрузкиРазмеры загрузки, ммПлотностьМатериалМассазагрузки,загрузки Ширина Глубина Высотазагрузки, кгкг/м3Al2O31302501301656,87Удельнаятеплоемкость,кДж/(кг·ºС)0.244+0.064 10 3 t срПо результатам эксперимента построены «кривые разогрева» для печибез загрузки (кривая 1, рис.4.1) и печи с загрузкой (кривая 2, рис.4.2).Рис.4.2.

Экспериментальные характеристики разогрева печиВремя выхода печи на установленную температуру без загрузкисоставило 2280 с, а печи с загрузкой– 2760 с.Страница | 87Как следует из рис. 4.2, экспериментальные «кривые разогрева» печиблизки к расчетным экспоненциальным (кривые 3 и 4). Максимальноеотклонение экспериментальных кривых от экспоненциальных зависимостейне превышает 8 %.Следовательно, представление ЭПС в виде линейного апериодическогозвена, определяемого выражением (2.1), является приемлемым.Основная трудность построения модели ЭПС состоит в определениизначения ее постоянной времени по паспортным данным.Для определения уточненного значения постоянной времени печи былиспользованметодмоделирования«кривойразогрева»всредеMatlab/Simulink.

На рис.4.3 приведена схема имитационной модели, накоторой ЭПС представлена в виде линейного инерционного звена первогопорядка. С помощью данной модели рассчитывалась переходная функцияпри скачкообразном изменении задания.Рис.4.3. Модель ЭПС в среде Simulink MatlabМоделирование «кривой разогрева» сводится к определению значенийкоэффициента передачизначениякоторыхопределялисьзначений температурытемпературойи постоянной времени печипосовпадениюи времени нагреваи временем нагрева, уточненныеэкспериментальныхс полученными на модели.Значения коэффициента передачии постоянной временирассчитывались по выражениям [1]:Страница | 88;(4.1)(4.2)Здесьпечи;– коэффициент теплоотдачи; c – коэффициент теплоемкости– условная масса изделия, футеровки и нагревателей.Точное определение значения коэффициента теплоотдачи – оченьсложная задача. Это связано с нелинейным изменением теплотехническихпараметров печи.

В связи с этим, предлагаем определить коэффициентпередачи печи, исходя из уравнения энергетического баланса:(4.3)Здесь P – мощность, вводимая в печь;– потери мощности,вызываемые внешними и внутренними возмущающими воздействиями.В установившимся режимепередачипечиможноПоэтому значение коэффициентаопределитькакотношениеустановившейсятемпературы к мощности, вводимой в печь:(4.4)Определяем параметры Kп.р.

и Tп.р. для печи СНО-3.3,5.3,5/9 по еепаспортным данным. Масса печи – 170 кг. Теплоемкость – 282 Дж/(кг·0С).Следовательно,Результатоммоделированияявляетсяосциллограммаизменениятемпературы от времени θ(τ) (кривая 2, рис.4.4а), снятая на модели рис.4.3.Страница | 89Рис.4.4. Экспериментальные и смоделированные характеристики разогревапечи без загрузки (рис.4.4 а) и с загрузкой (рис.4.4 б)Как показывает анализ, рассчитанная «кривая разогрева» (кривая 2,рис.4.4а) отличается от с экспериментальной (кривая 1, рис. 4.4а). Можнопредположить, что основной причиной расхождений экспериментальных ирасчетных кривых является то, что при определении общей массы печи неучитывалось различие в средних температурах отдельных элементов печи.Главным недостатком классического определения параметров являетсяиспользование значений общей массы.