CN103336541A - 热风加热试验装置温度跟踪保护控制***及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热风加热试验装置温度跟踪保护控制***及其控制方法。热风加热试验装置中的高压釜内外温差不能太大，否则影响高压釜的整体性能甚至损坏。本发明炉膛加热体的釜内和釜壁部分分别与温度检测单元、温度设定器、温度控制器、内外控切换开关和加热电源功率调整装置组成釜内、釜壁控制回路独立、执行回路关联的双回路的温度控制***，釜内温度控制器和釜壁温度控制器之间设置有跟踪控制切换开关。本发明能够有效解决釜体安全与升温速度之间的矛盾，***根据试验工况和安全限制温度自动调节功率输出，实现保证釜体安全前提下快速升温和精确控温的总体目标，避免人为干预控制模式带来的误差大、失误多的缺点。

Description

热风加热试验装置温度跟踪保护控制***及其控制方法

技术领域

    本发明属于石油仪器高温高压测试技术领域，具体涉及一种热风加热试验装置温度跟踪保护控制***及其控制方法。

背景技术

试验用高温超高压试验装置用来模拟地层环境的温度、压力等参数，对工作于类似地层环境的仪器行性能进行检测试验，广泛应用于石油、化工、煤炭、兵器、航天等领域。采用电热风加热方式的试验装置，相比感应加热或导热油循环加热方式，具有节能效率、安全环保、运行可靠的优点。

热风加热试验装置中的超高压容器（高压釜）在承压大于150MPa情况下，釜壁承受温度不能超过计算限定温度，且釜内外温差不能太大，否则影响高压釜的整体性能甚至损坏。而电热风加热方式是通过釜壁换热和厚壁釜传导传热的方式加热釜内的试验介质，因此整体加热效率受限，温度控制既要保证釜体安全，又要快速稳定地保证釜内达到试验目标温度，成为高温超高压试验装置的温度控制难题。通过人为干预控制模式会因时机不恰当、力度不合适等因素，造成控制误差大、加热时间长、操作失误多等问题，高温高压联合试验较难顺利进行。

发明内容

本发明的目的是提供一种热风加热试验装置温度跟踪保护控制***及其控制方法，能够有效解决釜体安全与升温速度之间的矛盾，保证釜体安全前提下实现快速升温和精确控温。

本发明所采用的技术方案是：

热风加热试验装置温度跟踪保护控制***，设置有高压釜和炉膛热风加热装置，其特征在于：

所述高压釜的釜内部分与釜内温度检测单元、釜内温度设定器、釜内温度控制器、内外控切换开关和加热电源功率调整装置组成釜内温度控制***；

所述高压釜的釜壁部分与釜壁温度检测单元、釜壁温度设定器、釜壁温度控制器、内外控切换开关和加热电源功率调整装置组成釜壁温度控制***。

所述釜内温度控制器和釜壁温度控制器之间设置有跟踪控制切换开关。

所述釜内温度检测单元和釜壁温度检测单元均包含有温度传感器和变送器。

所述加热电源功率调整装置由断路器、熔断器、接触器、功率调整装置组成，通过铜排或电缆与炉膛加热体连接。

所述炉膛热风加热装置由循环风机、阀门管道、加热体、导流筒组成，通过对流传导方式加热高压釜。

所述的热风加热试验装置温度跟踪保护控制***的控制方法，其特征在于：

控制***的跟踪控制切换开关配合内外控切换开关，可产生釜内-釜壁双回路温度跟踪保护控制***，实现三种控制模式：

（1）釜壁单回路温控***：

内外控切换开关与跟踪控制切换开关均为低电平，产生釜壁单回路温控***，由釜壁温度直接控制加热电源功率调整装置的功率输出；

（2）釜内单回路温控***：

内外控切换开关和跟踪控制切换开关分别为高电平和低电平时，产生釜内单回路温控***，由釜内温度直接控制加热电源功率调整装置的电能输出；

（3）釜内-釜壁双回路温控***：

内外控切换开关与跟踪控制切换开关分别为低电平和高电平时，产生釜内-釜壁双回路温度跟踪保护控制***，由釜内、釜壁温度控制器共同作用，根据釜内目标试验温度的设定值，实现釜内、釜壁温度跟踪保护的控制功能。

所述的跟踪控制切换开关连接釜内温度控制器的控制输出和釜壁温度控制器外部给定输入，釜内温度控制器遥控釜壁温度控制器，釜壁温度控制器跟踪釜内温度控制器的控制输出，实现釜壁温度控制器设定值的自校正。

本发明具有以下优点：

本发明根据风加热高温超高压试验装置的传热方式和***特性，将热风加热装置的炉膛热风循环温度测控***划分为釜内温控***和釜壁温控***两个控制回路独立、执行回路关联的双回路温控***，通过控制切换开关实现釜内温度控制器对釜壁温度控制器的遥控，使釜壁温度控制器跟踪釜内温度控制器的控制输出，完成釜壁温度控制器设定值自校正功能，使釜壁温度在计算限定温度范围内并保证釜体安全的前提下，釜壁温控回路根据釜内试验目标温度自动调节加热电源功率调整装置的输出功率，以最快速度按照试验要求对釜内试验温度进行精确控制。依据本发明方案，能够有效解决釜体安全与升温速度之间矛盾，实现釜体安全快速升温和精确控温的总体目标，且能够有效解决炉膛升温速度过快、超调大不易控制，釜内试验温度稳定性差等问题。 

附图说明

图1为本发明原理组成框图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。

本发明所述的一种热风加热试验装置温度跟踪保护控制***，设置有高压釜（以下简称：釜）和炉膛热风加热装置，高压釜的釜内部分与釜内温度检测单元、釜内温度设定器、釜内温度控制器、内外控切换开关和加热电源功率调整装置组成釜内温度控制***，高压釜的釜壁部分与釜壁温度检测单元、釜壁温度设定器、釜壁温度控制器、内外控切换开关和加热电源功率调整装置组成釜壁温度控制***，构建两个控制回路独立、执行回路关联的双回路温控***。其中，内外控切换开关、加热电源功率调整装置和炉膛加热体作为公共控制回路。釜内温度控制器和釜壁温度控制器之间设置有跟踪控制切换开关。

釜内温度检测单元由温度传感器、变送器组成，所测量的釜内温度信号与釜内目标试验温度的期望设定值比较，进而通过釜内温度控制器产生控制输出信号。

釜壁温度检测单元同样由温度传感器、变送器组成，所测量的釜壁温度信号与根据釜内温度控制器输出自校正的釜壁温度设定值进行比较，通过釜壁温度控制器产生控制输出信号，调节加热电源功率调整装置的输出功率。

温度设定器是给温度控制器设定目标给定温度的功能单元，一般和温度控制器集成在一起，通过仪表操作面板或人机界面进行目标试验期望温度设定。

加热电源功率调整装置由断路器、熔断器、接触器、功率调整装置组成，通过铜排或电缆与炉膛加热体连接，接收釜壁或釜内温度控制器的输出信号，对加热电源输出功率进行实时调节，实现温度的自动控制。

炉膛热风加热装置主要由循环风机、阀门管道、加热体、导流筒等组成，高温循环风机以内循环的方式对超高压容器和热风炉之间的环形密封区域搅拌，通过对流传导的加热方式，使超高压容器内介质达到试验要求温度，并按加压试验要求进行保温。

内外控切换开关与跟踪控制切换开关的硬件可通过继电器的触点实现，通过控制程序根据工艺要求进行通断控制，产生3种可用的逻辑组合，对应构建三种不同的温度控制回路，实现三种控制模式，以满足不同的试验工况要求：

1、釜壁单回路温控***：内外控切换开关与跟踪控制切换开关均为低电平，产生釜壁单回路温控***，由釜壁温度直接控制加热电源功率调整装置的功率输出。试验过程中，可根据试验工况需要或发生故障时，进行釜内温控回路切除，配合釜壁温度设定器，变成适应釜壁温度直接控制工况的单回路控制模式。

2、釜内单回路温控***：内外控切换开关和跟踪控制切换开关分别为高电平和低电平时，产生釜内单回路温控***，由釜内温度直接控制加热电源功率调整装置的电能输出。试验过程中，可根据试验工况需要或发生故障时，进行釜壁温控回路切除，配合釜内温度设定器，变成适应釜内温度直接控制工况的单回路控制模式。

3、釜内-釜壁双回路温控***：内外控切换开关与跟踪控制切换开关分别为低电平和高电平时，产生釜内-釜壁双回路温度跟踪保护控制***，由釜内、釜壁温度控制器共同作用，根据釜内目标试验温度的设定值，实现釜内、釜壁温度跟踪保护的控制功能。

通过跟踪控制切换开关连接釜内温度控制器的控制输出和釜壁温度控制器外部给定输入，釜内温度控制器遥控釜壁温度控制器，釜壁温度控制器跟踪釜内温度控制器的控制输出，实现釜壁温度控制器设定值自校正功能，使釜壁温度控制器的设定值始终保持在计算限定温度范围内，保证釜体安全的前提下控制加热电源功率调整装置的功率输出，以最快速度按照试验要求对釜内试验温度进行精确控制，实现保证釜体安全快速升温和精确控温的总体目标。

本方法中所述的釜内、釜壁温度控制器可采用智能温控仪表实施，这种智能温控仪表除具有常规数字PID控制功能之外，同时应具有通过信号传输或数字通讯方式实现远程遥控功能的基本硬件配置。将釜内温控仪表的控制输出信号经过跟踪控制切换开关的继电器触点连接到釜壁温控仪表的遥控输入端子，通过仪表面板或人机界面设置釜壁温控仪表的设定值为遥控输入模式，同时保证釜壁温度检测信号与遥控接收信号的类型一致，便可通过信号传输方式实现遥控跟踪功能。加热电源功率调整装置配置能够接收智能温控仪表控制输出的标准电流或电压信号，同时***配置PLC和上位监控***，实现逻辑切换控制和监控操作。实现温度设定器的功能由智能温控仪表集成，可通过仪表面板按键进行温度设定操作，也可将仪表与计算机通讯，通过人机界面的输入框进行温度设定。

用智能温控仪表搭建好本方法所述的温度跟踪保护控制***，在高温高压联合试验过程中，按如下步骤实施升温保温操作：

1、通过人机界面操作，使内外控切换开关的常闭触点接通，使得釜壁温度控制器的控制输出有效； 

2、通过人机界面操作，使跟踪控制切换开关的常开触点接通，使***处于釜内遥控-釜壁跟踪的控制模式；

3、通过仪表面板或人机界面设置釜壁温控仪表的设定值为REM遥控输入模式，实现釜壁温度设定值的自校正功能；

4、根据试验工况和釜壁承受最高温度，通过仪表面板或人机界面设置REM遥控输入上限值，作为釜壁安全保护温度限制控制输出功率；

5、加热电源主回路合闸，通电开始加热，加热过程中釜壁温度始终不会超过釜壁安全计算温度，保证釜体安全；

6、首次使用或试验工况发生变化时，启动釜壁温控仪表自整定功能，固化整定好的控制器参数。

7、加热临近釜内试验目标温度时，***根据加压试验温度产生的变化，自动调节电源输出功率，保证试验温度稳定。

本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.热风加热试验装置温度跟踪保护控制***，设置有高压釜和炉膛热风加热装置，其特征在于：

所述高压釜的釜内部分与釜内温度检测单元、釜内温度设定器、釜内温度控制器、内外控切换开关和加热电源功率调整装置组成釜内温度控制***；

所述高压釜的釜壁部分与釜壁温度检测单元、釜壁温度设定器、釜壁温度控制器、内外控切换开关和加热电源功率调整装置组成釜壁温度控制***。

2.根据权利要求1所述的热风加热试验装置温度跟踪保护控制***，其特征在于：

所述釜内温度控制器和釜壁温度控制器之间设置有跟踪控制切换开关。

3.根据权利要求1或2所述的热风加热试验装置温度跟踪保护控制***，其特征在于：

所述釜内温度检测单元和釜壁温度检测单元均包含有温度传感器和变送器。

4.根据权利要求3所述的热风加热试验装置温度跟踪保护控制***，其特征在于：

所述加热电源功率调整装置由断路器、熔断器、接触器、功率调整装置组成，通过铜排或电缆与炉膛加热体连接。

5.根据权利要求4所述的热风加热试验装置温度跟踪保护控制***，其特征在于：

所述炉膛热风加热装置由循环风机、阀门管道、加热体、导流筒组成，通过对流传导方式加热高压釜。

6.根据权利要求5所述的热风加热试验装置温度跟踪保护控制***的控制方法，其特征在于：

控制***的跟踪控制切换开关配合内外控切换开关，可产生釜内-釜壁双回路温度跟踪保护控制***，实现三种控制模式：

（1）釜壁单回路温控***：

内外控切换开关与跟踪控制切换开关均为低电平，产生釜壁单回路温控***，由釜壁温度直接控制加热电源功率调整装置的功率输出；

（2）釜内单回路温控***：

内外控切换开关和跟踪控制切换开关分别为高电平和低电平时，产生釜内单回路温控***，由釜内温度直接控制加热电源功率调整装置的电能输出；

（3）釜内-釜壁双回路温控***：

内外控切换开关与跟踪控制切换开关分别为低电平和高电平时，产生釜内-釜壁双回路温度跟踪保护控制***，由釜内、釜壁温度控制器共同作用，根据釜内目标试验温度的设定值，实现釜内、釜壁温度跟踪保护的控制功能。

7.根据权利要求6所述的热风加热试验装置温度跟踪保护控制***的控制方法，其特征在于：

所述的跟踪控制切换开关连接釜内温度控制器的控制输出和釜壁温度控制器外部给定输入，釜内温度控制器遥控釜壁温度控制器，釜壁温度控制器跟踪釜内温度控制器的控制输出，实现釜壁温度控制器设定值的自校正。