專利名稱：大型板材真空退火爐多溫區(qū)均溫性控制系統(tǒng)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于自動控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種大型板材真空退火爐多溫區(qū)均溫 性控制系統(tǒng)及其控制方法。
背景技術(shù)：
近年來，稀有金屬板材已廣泛應(yīng)用于航空航天、航海、核電、石油化工等領(lǐng)域，而這 些行業(yè)對稀有金屬板材的技術(shù)性能要求極高，板材表面不能有氧化現(xiàn)象且對整根板材的性 能偏差要求很嚴(yán)。而真空退火是稀有金屬板材生產(chǎn)的重要工藝過程，在無氧化和無污染狀 態(tài)下進行消除應(yīng)力或再結(jié)晶退火，以消除加工硬化和恢復(fù)塑性。不同的真空狀態(tài)和溫度，會 對材質(zhì)產(chǎn)生截然不同的效果，這是一個精密而復(fù)雜的過程，故對退火爐爐溫的均勻性和真 空度有苛刻的要求，但目前國內(nèi)自主研發(fā)的生產(chǎn)稀有金屬板材的真空退火爐，特別是爐腔 容積大的大型板材真空退火爐，由于加熱溫區(qū)多、檢測與控制不一致以及其控制技術(shù)和控 制方法還不完善，控溫精度低，多溫區(qū)均溫性差，還難以適應(yīng)稀有金屬板材產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用研究 與發(fā)展
實用新型內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種智能化程 度高、控溫精度高、均溫性好、可靠性高的真空退火爐多溫區(qū)均溫性控制系統(tǒng)。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種大型板材真空退火爐多溫 區(qū)均溫性控制系統(tǒng)，其特征在于包括與真空退火爐的多個加熱區(qū)對應(yīng)相接并對真空退火 爐各個加熱區(qū)內(nèi)的加熱溫度進行控制的多個溫控儀、分別與多個溫控儀相接并與真空退火 爐的多個加熱區(qū)對應(yīng)相接且對真空退火爐的加熱功率進行調(diào)節(jié)的多個功率調(diào)節(jié)器、與真空 退火爐的多個加熱區(qū)對應(yīng)相接并對真空退火爐各個加熱區(qū)的溫度進行檢測的均溫巡檢儀 和通過RS485總線與多個溫控儀、多個功率調(diào)節(jié)器以及均溫巡檢儀相接并進行通信的上位 機監(jiān)控系統(tǒng)，所述上位機監(jiān)控系統(tǒng)為對均溫巡檢儀所檢測信號進行分析處理且對各溫控儀 和各功率調(diào)節(jié)器的工作過程進行監(jiān)控的工控機。所述溫控儀和功率調(diào)節(jié)器均為五個。所述溫控儀為內(nèi)部集成有PID控制器的歐陸3504溫控儀。所述功率調(diào)節(jié)器為KTY3S晶閘管調(diào)功器。本發(fā)明還提供了一種使用操作便捷、數(shù)據(jù)處理能力強、自適應(yīng)性和魯棒性好、實用 價值高的大型板材真空退火爐多溫區(qū)均溫性控制方法，其特征在于該方法包括以下步驟步驟一、數(shù)據(jù)初始化在上位機監(jiān)控系統(tǒng)上對系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行初始化；步驟二、計算出溫度偏差e (η)的絕對值| e (η) |與溫度偏差變化率ec (η)的絕對 值|ec (η) I 上位機監(jiān)控系統(tǒng)接收輸入的加熱溫度設(shè)定值L(n)，并用加熱溫度設(shè)定值L(n) 和當(dāng)前均溫巡檢儀所采集到的加熱溫度采樣值y (η)做差，計算出每個采樣時刻溫度偏 差e(n)的絕對值e(n) | = L(n)-y(n) |及溫度偏差變化率ec (η)的絕對值ec (η) | =e(n)-e (n-1) | ；步驟三、采用模糊推理方法對PID控制器所要使用的控制參數(shù)進行在線整定，其 整定步驟如下301、在上位機監(jiān)控系統(tǒng)(5)上，應(yīng)用模糊化的語言將溫度偏差e(n)的絕對值 e(n) I與溫度偏差變化率ec (η)的絕對值| ec (η) |的范圍縮小，得到兩個模糊語言變量
e(n)和eC(n)，并將e(n)的語言值選為B1JpS1三檔，用模糊集(BijMijS1I來代表，其中B1 代表大,M1代表中，S1代表小，即e (n) = (B1 ,M1 ,SJdfec(Ii)的語言值選為B2、M2、S2三檔， 用模糊集IB2, M2, SJ來代表，其中B2代表大，M2代表中，S2代表小，BPe (n) = (B2, M2, S2I ；302、針對不同的溫度偏差e (η)的絕對值| e (η) |與溫度偏差變化率ec (η)的絕對 值|ec(n) |，整理出PID控制參數(shù)的模糊推理策略并在上位機監(jiān)控系統(tǒng)上將模糊推理策略 編寫成模糊推理軟件；303、選擇真空退火爐的五種不同的工作狀態(tài)進行調(diào)試，上位機監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)用在步 驟302中編寫的模糊推理軟件實時在線整定得出五組PID控制參數(shù){K' P1、T' n、T' dl}、 Κ ρ2、Τ i2、T d2}、{K ρ3、Τ i3、T d3}、{K p4、T i4、T d4}禾口 {K ρ5、Τ i5、T d5}， 并將整定得出的五組PID控制參數(shù)輸出給溫控儀；步驟四、PID參數(shù)自整定溫控儀接收上位機監(jiān)控系統(tǒng)輸出給其的五組PID控制參 數(shù)并利用其自身具有的參數(shù)自整定功能整定得出五組PID控制參數(shù){Kpl、Tn、Tdl}、{Kp2、Ti2、
、(Κρ3、Ti3、Td3}、{Κρ4Λ Ti4Λ Td4}禾口 {Kp5、Ti5、TdJ ；步驟五、實現(xiàn)對真空退火爐的加熱控制溫控儀根據(jù)上位機控制系統(tǒng)給定的外部 輸入值實現(xiàn)步驟四中所述五組PID控制參數(shù)的轉(zhuǎn)換，選擇其中一組PID控制參數(shù)并將控制 量轉(zhuǎn)換為4-20mA連續(xù)變化的控制信號輸出給功率調(diào)節(jié)器，功率調(diào)節(jié)器接收溫控儀輸出給 其的控制信號并對輸出加熱功率進行調(diào)節(jié)，實現(xiàn)對真空退火爐加熱功率的控制；步驟六、多溫區(qū)均溫性檢測溫度巡檢儀對真空退火爐各個加熱區(qū)的溫度進行采 集并將采集到的溫度信號發(fā)送給上位機監(jiān)控系統(tǒng)；步驟七、多溫區(qū)均溫性分析與局部調(diào)整上位機監(jiān)控系統(tǒng)接收溫度巡檢儀所采集 到的各個加熱區(qū)的溫度信號并將各個加熱區(qū)的溫度兩兩做差，當(dāng)溫度差大于5°C時，上位機 監(jiān)控系統(tǒng)5調(diào)用預(yù)先編好的局部調(diào)整軟件對PID控制參數(shù)進行局部調(diào)整后返回步驟二 ；反 之，當(dāng)溫度差均不大于5°C時，直接返回步驟二。上述步驟三中所述PID控制參數(shù)的模糊推理策略設(shè)有5條推理規(guī)則，采用if-then 的語句表達如下601、ife(n)isB1then Kp isK！pi' Ti isril'Td isT'dl ；
602,ife(n)isM1and ec(n)isB2；then KpisK'p2' TjisT'i2' TdisT'd2
603,ife(n)isM1and ec(n)isM2；then KpisK'p3' TjisT'i3' TdisT'd3
604,ife(n)isM1and ec(n)isS2；then KpisK'p4' TjisT'i4' TdisT'd4
605、ife(n)isS1then Kp isKIp5，Ti isri5'Td isT'd5°上述步驟三中所述真空退火爐的五種不同的工作狀態(tài)分別為701、真空退火爐爐體中段500°C空載工作；702、真空退火爐前爐門500°C空載工作；703、真空退火爐后爐門500°C空載工作；
5
704、真空退火爐爐體中段500°C帶料盤工作；705、真空退火爐爐體中段500°C帶料盤和料工作。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點1、本發(fā)明針對大型板材真空退火爐多溫區(qū)加熱和電網(wǎng)不穩(wěn)定干擾的特點，設(shè)計了 基于工控機IPC+歐陸3504溫控儀+KTY3S晶閘管調(diào)功器+溫度巡檢儀的多溫區(qū)均溫性控 制系統(tǒng)，并設(shè)計了基于模糊-PID算法的真空退火爐多溫區(qū)均溫性控制方法，加熱過程由上 位機監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)監(jiān)控和模糊-PID控制策略，并通過RS485通信將溫度控制曲線和控制策 略同時下傳到五個溫區(qū)的歐陸3504溫控儀上，而且，上位機監(jiān)控系統(tǒng)還能夠?qū)F(xiàn)場設(shè)備的 啟停信號、限位反饋、報警量、報警值以及歐陸3504溫控儀和KTY3S晶閘管調(diào)功器中的控制 參數(shù)都采集上來并顯示在相應(yīng)設(shè)計好的畫面中，還可以進行記錄、存儲、打印和在線運算， 智能化程度高，使用操作便捷，實現(xiàn)了真空退火爐多溫區(qū)均溫性的優(yōu)化控制。2、本發(fā)明解決了大型板材真空退火爐多溫區(qū)加熱溫度精確度控制難度大的難 題，大大提高了控溫精度，在采用本發(fā)明所述的多溫區(qū)均溫性控制方法控制升溫過程中， 在100°C以下的低溫階段，控溫精度< 士5. 6° C，當(dāng)過程設(shè)定溫度在200°C之后，各溫 區(qū)溫度能快速、準(zhǔn)確地跟蹤設(shè)定值的變化，控溫精度< 士2°C，在恒溫階段維持控溫精度 (士0. 7°C。3、本發(fā)明解決了大型真空退火爐多溫區(qū)加熱均溫性控制難度大的難題，大大 提高了爐溫均勻度，在不同的目標(biāo)設(shè)定值，軸向爐溫均勻度< 士2. 0°C，徑向爐溫均勻度 ^ 士2. 0°C。4、提高大型板材真空退火爐加熱溫度控制的精確度，受到電網(wǎng)諧波不穩(wěn)定干擾的 影響較大，本發(fā)明采用KTY3S晶閘管調(diào)功器實現(xiàn)了對真空退火爐加熱功率的閉環(huán)精密調(diào)節(jié) 控制。KTY3S晶閘管調(diào)功器內(nèi)部主回路采用晶閘管反并聯(lián)結(jié)構(gòu)，采取過零觸發(fā)的調(diào)功方式， 輸出波形為整周波，對電網(wǎng)無諧波干擾。5、本發(fā)明動態(tài)響應(yīng)快，穩(wěn)定性、自適應(yīng)性和魯棒性好，能夠很好地滿足稀有金屬真 空退火爐的生產(chǎn)工藝要求，在鈦、鋯等稀有金屬加工領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。綜上所述，本發(fā)明具有很高的控溫精度和均溫性、良好的可靠性以及自適應(yīng)性和 魯棒性，智能化程度高且使用操作便捷，滿足稀有金屬退火工藝對硬件、軟件、以及控制精 度高的要求，動態(tài)響應(yīng)快，對改善工藝水平，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量，降低能耗具有顯著的經(jīng)濟和社 會效益。下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細(xì)描述。


圖1為本發(fā)明大型板材真空退火爐多溫區(qū)均溫性控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明大型板材真空退火爐多溫區(qū)均溫性控制方法的方法流程圖。附圖標(biāo)記說明1-真空退火爐；2-溫控儀；3-功率調(diào)節(jié)器；4-均溫巡檢儀；5-上位機監(jiān)控系統(tǒng)。
具體實施例方式如圖1所示，本發(fā)明所述的大型板材真空退火爐多溫區(qū)均溫性控制系統(tǒng)，包括與 真空退火爐1的多個加熱區(qū)對應(yīng)相接并對真空退火爐1各個加熱區(qū)內(nèi)的加熱溫度進行控制 的多個溫控儀2、分別與多個溫控儀2相接并與真空退火爐1的多個加熱區(qū)對應(yīng)相接且對真 空退火爐1的加熱功率進行調(diào)節(jié)的多個功率調(diào)節(jié)器3、與真空退火爐1的多個加熱區(qū)對應(yīng)相 接并對真空退火爐1各個加熱區(qū)的溫度進行檢測的均溫巡檢儀4和通過RS485總線與多個 溫控儀2、多個功率調(diào)節(jié)器3以及均溫巡檢儀4相接并進行通信的上位機監(jiān)控系統(tǒng)5，所述 上位機監(jiān)控系統(tǒng)5為對均溫巡檢儀4所檢測信號進行分析處理且對各溫控儀2和各功率調(diào) 節(jié)器3的工作過程進行監(jiān)控的工控機。本實施例中，所述溫控儀2和功率調(diào)節(jié)器3均為五個。所述溫控儀2為內(nèi)部集成 有PID控制器的歐陸3504溫控儀，歐陸3504溫控儀控制參數(shù)精度高且具有參數(shù)自整定功 能，能夠在系統(tǒng)中設(shè)定多組PID參數(shù)，可以通過過程值PV，設(shè)定值SP，偏差值Error，輸出值 0P,手動設(shè)定Set、外部輸入數(shù)值Rem等方式來決定使用哪一組PID參數(shù)。所述功率調(diào)節(jié)器 3為KTY3S晶閘管調(diào)功器，KTY3S晶閘管調(diào)功器內(nèi)部主回路采用晶閘管反并聯(lián)結(jié)構(gòu)，采取過 零觸發(fā)的調(diào)功方式，輸出波形為整周波，對電網(wǎng)無諧波干擾。結(jié)合圖2，本發(fā)明所述的大型板材真空退火爐多溫區(qū)均溫性控制方法，包括以下步驟步驟一、數(shù)據(jù)初始化在上位機監(jiān)控系統(tǒng)5上對系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行初始化；步驟二、計算出溫度偏差e(n)的絕對值| e (η) |與溫度偏差變化率ec (η)的絕 對值|eC(n)| 上位機監(jiān)控系統(tǒng)5接收輸入的加熱溫度設(shè)定值L(n)，并用加熱溫度設(shè)定值 L(η)和當(dāng)前均溫巡檢儀4所采集到的加熱溫度采樣值y(n)做差，計算出每個采樣時刻溫度 偏差e(n)的絕對值e(n) | = L(n)-y(n) |及溫度偏差變化率ec (η)的絕對值ec (η) | =
e(n)-e (n-1) | ；步驟三、采用模糊推理方法對PID控制器所要使用的控制參數(shù)進行在線整定，其 整定步驟如下301、在上位機監(jiān)控系統(tǒng)(5)上，應(yīng)用模糊化的語言將溫度偏差e(n)的絕對值 e(n) I與溫度偏差變化率ec (η)的絕對值| ec (η) |的范圍縮小，得到兩個模糊語言變量
e(n)和eC(n)，并將e(n)的語言值選為B1JpS1三檔，用模糊集(BijMijS1I來代表，其中B1 代表大,M1代表中，S1代表小，即e (n) = (B1 ,M1 ,SJJfec(Ii)的語言值選為B2、M2、S2三檔， 用模糊集IB2, M2, SJ來代表，其中B2代表大，M2代表中，S2代表小，BPe (n) = (B2, M2, S2I ；302、針對不同的溫度偏差e (η)的絕對值| e (η) |與溫度偏差變化率ec (η)的絕對 值|ec (η) I，整理出PID控制參數(shù)的模糊推理策略并在上位機監(jiān)控系統(tǒng)5上將模糊推理策略 編寫成模糊推理軟件；模糊推理策略可以描述為當(dāng)|e(n) I較大時，為了使系統(tǒng)具有較好 的跟蹤性能，應(yīng)取較大的Kp和較小的Td，同時為了避免系統(tǒng)響應(yīng)出現(xiàn)較大的超調(diào)，應(yīng)對積分 作用加以限制，通常取Ti = 0 ；當(dāng)e(n) I和|ec (η) |適中時，為使系統(tǒng)具有較小的超調(diào)，Kp 應(yīng)取得小些，在這種情況下，Td的取值對系統(tǒng)的影響較大，Ti的取值要適當(dāng)；當(dāng)|e(n) I較小 時，為使系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)定性能，Kp和Ti均應(yīng)取得大些，同時為避免系統(tǒng)在設(shè)定值附近出 現(xiàn)振蕩，并考慮系統(tǒng)抗干擾性能，當(dāng)ec(n) I較大時Td可取得小些，ec(n) |較小時，Td可 取大些；303、選擇真空退火爐1的五種不同的工作狀態(tài)進行調(diào)試，上位機監(jiān)控系統(tǒng)5調(diào)用在步驟302中編寫的模糊推理軟件實時在線整定得出五組PID控制參數(shù){K' P1、T' η、 T dl}、{K p2、T i2、T d2}、{K p3、T i3、T d3}、{K P4、T 14 Λ T d4}禾口 {K P5、T 5Λ T' d5}，并將整定得出的五組PID控制參數(shù)輸出給溫控儀2 ;步驟四、PID參數(shù)自整定溫控儀2接收上位機監(jiān)控系統(tǒng)5輸出給其的五組PID控 制參數(shù)并利用其自身具有的參數(shù)自整定功能整定得出五組PID控制參數(shù){Kpl、Tn、Tdl}、{Kp2、 Ti2、Td2}、{Kp3、Ti3、Td3}、{Kp4、Ti4、Td4}禾口 {Kp5、Ti5、TdJ ；步驟五、實現(xiàn)對真空退火爐的加熱控制溫控儀2根據(jù)上位機監(jiān)控系統(tǒng)5給定的 外部輸入值實現(xiàn)步驟四中所述五組PID控制參數(shù)的轉(zhuǎn)換，選擇其中一組PID控制參數(shù)并將 控制量轉(zhuǎn)換為4-20mA連續(xù)變化的控制信號輸出給功率調(diào)節(jié)器3，功率調(diào)節(jié)器3接收溫控儀 2輸出給其的控制信號并對輸出加熱功率進行調(diào)節(jié)，實現(xiàn)對真空退火爐1加熱功率的控制； 具體地，功率調(diào)節(jié)器3將接收到由溫控儀2輸出的4-20mA連續(xù)變化的控制信號，送入周期 開關(guān)進行調(diào)制，周期開關(guān)輸出一系列脈沖寬度固定、變周期的開關(guān)量信號，控制晶閘管通、 斷時間比值，來改變真空退火爐1的加熱功率。其特點是周期跟隨調(diào)節(jié)器輸出電流而變化， 具有良好的線性關(guān)系，使調(diào)制的方波電壓按信號電流的大小，在0% -100%范圍內(nèi)比例地 連續(xù)調(diào)節(jié)真空退火爐1加熱的平均功率，以保持爐溫恒定；步驟六、多溫區(qū)均溫性檢測溫度巡檢儀4對真空退火爐1各個加熱區(qū)的溫度進行 采集并將采集到的溫度信號發(fā)送給上位機監(jiān)控系統(tǒng)5 ；具體地，真空退火爐1爐體內(nèi)放置標(biāo) 溫支架，并在支架上均勻安裝15個測溫?zé)犭娕迹渲?個測溫?zé)犭娕佳卣婵胀嘶馉t軸線分 布，每個溫區(qū)安裝一個，另外10個測溫?zé)犭娕挤殖蓛蓪?，每?個，按米字形均勻分布在爐 內(nèi)中心截面上，均溫巡檢儀4采集測溫?zé)犭娕妓鶞y得的爐體內(nèi)五個加熱區(qū)的溫度信號并經(jīng) 過處理后反饋到上位機監(jiān)控系統(tǒng)，構(gòu)成整個加熱閉環(huán)控制系統(tǒng)；步驟七、多溫區(qū)均溫性分析與局部調(diào)整上位機監(jiān)控系統(tǒng)5接收溫度巡檢儀4所采 集到的各個加熱區(qū)的溫度信號并將各個加熱區(qū)的溫度兩兩做差，當(dāng)溫度差大于5°C時，上位 機監(jiān)控系統(tǒng)5調(diào)用預(yù)先編好的局部調(diào)整軟件對PID控制參數(shù)進行局部調(diào)整后返回步驟二 ； 反之，當(dāng)溫度差均不大于5°C時，直接返回步驟二。本實施例中，步驟三中所述PID控制參數(shù)的模糊推理策略設(shè)有5條推理規(guī)則，采用 if-then的語句表達如下601、ife(n)isB1then Kp isK！pi' Ti isril'Td isT'dl ；
602,ife(n)isM1and ec(n)isB2；then KpisK'p2' TjisT'i2' TdisT'd2
603,ife(n)isM1and ec(n)isM2；then KpisK'p3' TjisT'i3' TdisT'd3
604,ife(n)isM1and ec(n)isS2；then KpisK'p4' TjisT'i4' TdisT'd4
605、ife(n)isS1then Kp isKIp5，Ti isri5'Td isT'd5°得到的控制變量模糊控制規(guī)則表如表1所示表1控制變量模糊控制規(guī)則表
8
權(quán)利要求
一種大型板材真空退火爐多溫區(qū)均溫性控制系統(tǒng)，其特征在于包括與真空退火爐(1)的多個加熱區(qū)對應(yīng)相接并對真空退火爐(1)各個加熱區(qū)內(nèi)的加熱溫度進行控制的多個溫控儀(2)、分別與多個溫控儀(2)相接并與真空退火爐(1)的多個加熱區(qū)對應(yīng)相接且對真空退火爐(1)的加熱功率進行調(diào)節(jié)的多個功率調(diào)節(jié)器(3)、與真空退火爐(1)的多個加熱區(qū)對應(yīng)相接并對真空退火爐(1)各個加熱區(qū)的溫度進行檢測的均溫巡檢儀(4)和通過RS485總線與多個溫控儀(2)、多個功率調(diào)節(jié)器(3)以及均溫巡檢儀(4)相接并進行通信的上位機監(jiān)控系統(tǒng)(5)，所述上位機監(jiān)控系統(tǒng)(5)為對均溫巡檢儀(4)所檢測信號進行分析處理且對各溫控儀(2)和各功率調(diào)節(jié)器(3)的工作過程進行監(jiān)控的工控機。
2.按照權(quán)利要求1所述的大型板材真空退火爐多溫區(qū)均溫性控制系統(tǒng)，其特征在于 所述溫控儀(2)和功率調(diào)節(jié)器(3)的數(shù)量均為五個。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的大型板材真空退火爐多溫區(qū)均溫性控制系統(tǒng)，其特征在 于所述溫控儀(2)為內(nèi)部集成有PID控制器的歐陸3504溫控儀。
4.按照權(quán)利要求1或2所述的大型板材真空退火爐多溫區(qū)均溫性控制系統(tǒng)，其特征在 于所述功率調(diào)節(jié)器(3)為KTY3S晶閘管調(diào)功器。
5.一種利用如按照權(quán)利要求1所述的大型板材真空退火爐多溫區(qū)均溫性控制系統(tǒng)進 行大型板材真空退火爐多溫區(qū)均溫性控制的方法，其特征在于該方法包括以下步驟步驟一、數(shù)據(jù)初始化在上位機監(jiān)控系統(tǒng)(5)上對系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行初始化；步驟二、計算出溫度偏差e(n)的絕對值Ie(Ii)I與溫度偏差變化率ec (η)的絕對值 ec(n) I 上位機監(jiān)控系統(tǒng)(5)接收輸入的加熱溫度設(shè)定值L(n)，并用加熱溫度設(shè)定值L(n) 和當(dāng)前均溫巡檢儀(4)所采集到的加熱溫度采樣值y (η)做差，計算出每個采樣時刻溫度偏 差e(n)的絕對值e(n) | = L(n)-y(n) |及溫度偏差變化率ec (η)的絕對值ec (η) | = e(n)-e (n-1) | ；步驟三、采用模糊推理方法對PID控制器所要使用的控制參數(shù)進行在線整定，其整定 步驟如下·301、在上位機監(jiān)控系統(tǒng)(5)上，應(yīng)用模糊化的語言將溫度偏差e(η)的絕對值| e (η) 與溫度偏差變化率ec (η)的絕對值|ec (η) |的范圍縮小，得到兩個模糊語言變量e (η)和 沈(11)，并將6(11)的語言值選為B1JpS1H檔，用模糊集(BijMijSJ來代表，其中B1代表大， M1代表中，S1代表小，即e(n) = {BpMpSjJfecfc)的語言值選為B2、M2、S2三檔，用模糊 集(B2, M2, SJ來代表，其中B2代表大，M2代表中，S2代表小，即e(n) = (B2, M2, S2I ；·302、針對不同的溫度偏差e(n)的絕對值|e (η) |與溫度偏差變化率ec (η)的絕對值 ec (η) I，整理出PID控制參數(shù)的模糊推理策略并在上位機監(jiān)控系統(tǒng)(5)上將模糊推理策略編寫成模糊推理軟件；·303、選擇真空退火爐(1)的五種不同的工作狀態(tài)進行調(diào)試，上位機監(jiān)控系統(tǒng)(5)調(diào)用 在步驟302中編寫的模糊推理軟件實時在線整定得出五組PI D控制參數(shù){K' Ρ1、Τ' η、 T dl}、{K p2、T i2、T d2}、{K p3、T i3、T d3}、{K P4、T 14 Λ T d4}禾口 {K P5、T 5Λ T' d5}，并將整定得出的五組PID控制參數(shù)輸出給溫控儀(2)；步驟四、PID參數(shù)自整定溫控儀(2)接收上位機監(jiān)控系統(tǒng)(5)輸出給其的五組PID控 制參數(shù)并利用其自身具有的參數(shù)自整定功能整定得出五組PID控制參數(shù){Kpl、Tn、Tdl}、{Kp2、 Ti2、Td2}、{Kp3、Ti3、Td3}、{Kp4、Ti4、Td4}禾口 {Kp5、Ti5、TdJ ；步驟五、實現(xiàn)對真空退火爐的加熱控制溫控儀(2)根據(jù)上位機控制系統(tǒng)(5)給定的外 部輸入值實現(xiàn)步驟四中所述五組PID控制參數(shù)的轉(zhuǎn)換，選擇其中一組PID控制參數(shù)并將控 制量轉(zhuǎn)換為4-20mA連續(xù)變化的控制信號輸出給功率調(diào)節(jié)器(3)，功率調(diào)節(jié)器(3)接收溫控 儀(2)輸出給其的控制信號并對輸出加熱功率進行調(diào)節(jié)，實現(xiàn)對真空退火爐(1)加熱功率 的控制；步驟六、多溫區(qū)均溫性檢測溫度巡檢儀(4)對真空退火爐(1)各個加熱區(qū)的溫度進行 采集并將采集到的溫度信號發(fā)送給上位機監(jiān)控系統(tǒng)(5)；步驟七、多溫區(qū)均溫性分析與局部調(diào)整上位機監(jiān)控系統(tǒng)(5)接收溫度巡檢儀(4)所 采集到的各個加熱區(qū)的溫度信號并將各個加熱區(qū)的溫度兩兩做差，當(dāng)溫度差大于5°C時，上 位機監(jiān)控系統(tǒng)(5)調(diào)用預(yù)先編好的局部調(diào)整軟件對PID控制參數(shù)進行局部調(diào)整后返回步驟 二 ；反之，當(dāng)溫度差均不大于5°C時，直接返回步驟二。
6.按照權(quán)利要求5所述的大型板材真空退火爐多溫區(qū)均溫性控制方法，其特征在于 步驟三中所述PID控制參數(shù)的模糊推理策略設(shè)有5條推理規(guī)則，采用if-then的語句表達 如下·601、ife(n)isB1then Kp isrpi，Ti is T'il'TisT'dl ；·602、ife(n)isM1and ec (n)isB2then Kp isKp2' TisT'i2' TdisT'd2·603、ife(n)isM1and ec (n)isM2then Kp isKp3' TisT'i3' TdisT'd3·604、ife(n)isM1and ec (n)isS2then Kp isKp4' TisT'i4' TdisT'd4·605、ife(n)isS1then Kp isrp5，Ti is T'i5'TisT'd5°
7.按照權(quán)利要求5所述的大型板材真空退火爐多溫區(qū)均溫性控制方法，其特征在于 步驟三中所述真空退火爐(5)的五種不同的工作狀態(tài)分別為·701、真空退火爐(1)爐體中段500°C空載工作；·702、真空退火爐(1)前爐門500°C空載工作；·703、真空退火爐(1)后爐門500°C空載工作；·704、真空退火爐(1)爐體中段500°C帶料盤工作；·705、真空退火爐(1)爐體中段50(TC帶料盤和料工作。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大型板材真空退火爐多溫區(qū)均溫性控制系統(tǒng)及其控制方法，其控制系統(tǒng)包括多個溫控儀、多個功率調(diào)節(jié)器、均溫巡檢儀和對均溫巡檢儀所檢測信號進行分析處理、對各溫控儀和各功率調(diào)節(jié)器的工作過程進行監(jiān)控上位機監(jiān)控系統(tǒng)；其控制方法包括步驟一、數(shù)據(jù)初始化，二、計算出溫度偏差e(n)的絕對值|e(n)|與溫度偏差變化率ec(n)的絕對值|ec(n)|，三、采用模糊推理方法對PID控制器所要使用的控制參數(shù)進行在線整定，四、PID參數(shù)自整定，五、實現(xiàn)對真空退火爐的加熱控制，六、多溫區(qū)均溫性檢測，七、多溫區(qū)均溫性分析與局部調(diào)整。本發(fā)明控溫精度高、均溫性好、可靠性高、自適應(yīng)性和魯棒性好，能夠很好地滿足稀有金屬真空退火爐的生產(chǎn)工藝要求，便于推廣使用。
文檔編號C21D1/773GK101962708SQ20101051228
公開日2011年2月2日 申請日期2010年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月19日
發(fā)明者張乃祿, 張嘉, 張鈺哲, 曹海暢, 李鑫 申請人:西安石油大學(xué)