CN104729235B - 流化床物料恒温控制***及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种流化床物料恒温控制***及控制方法，新增一级物料温度PID控制模块K1，并在该物料温度PID控制模块后增加可动态调整温差的控制模块K2。控制模块K2实时采集进风和物料的实际温度差,并通过进风和物料温度的设定值计算出带温限的给定值传到进风温度PID控制模块K3,再由进风温度PID控制模块K3完成对加热装置的最终控制计算，在保证物料温度恒定的情况下,进风温度实际值始终限定在物料温度与进风温度设定值之间,实现物料均匀受热,能全面适用各种温度范围的物料。

Description

流化床物料恒温控制***及控制方法

技术领域

本发明涉及控制领域，特别涉及一种流化床物料恒温控制***及其控制方法。

背景技术

现有的流化床物料温控方案有两种:

进风恒温控制：通过PID调节进风温度使其达到恒定，物料温度不参与控制。干燥过程如下图1所示，该方案控制简单，适用于耐温范围较宽的物料，特别是在干燥工艺中物料温度会随着含水量降低而逐渐升高的特性可直接用来作为干燥终点条件。但是该方案物料温度不能恒定，要进行恒温干燥难度大，需要操作员手动干预；并且在制粒/包衣工艺中，物料含水量与喷浆过程相关，物料温度更难稳定，人工调节工作量大，物料温度波动会造成药品密度、含水量不均匀，成品率下降。

直接物料恒温控制：通过PID调节物料温度使其到达恒定，进风温度不参与控制。干燥过程如下图2所示，该方案采用PID算法通过物料温度偏差直接控制加热器的输出，物料温度能够恒定在一定范围内，但进风温度不受控。过高（或过低）的进风温度传递到物料底部，会造成物料局部过热（或过冷）从而造成物料损坏（如图3所示）。故该方案使用面较窄，仅能用于耐温范围很宽的一类物料，实际产品中较少采用。

发明内容

为了克服以上的技术不足，本发明提供一种流化床物料恒温控制***。

本发明提供一种流化床物料恒温控制***，其包括进风温度测量器、进风温度设定器、物料温度测量器以及物料温度设定器,所述物料温度测量器以及物料温度设定器通过加减器与物料温度PID控制模块连接，所述进风温度测量器以及进风温度设定器通过加减器与进风温度PID控制模块连接，所述进风温度PID控制模块依次连接***、加热装置、进风处理器后与物料仓连接，所述进风温度测量器的测量端与进风处理器的输出端连接，所述物料温度测量器的测量端与物料仓的输出端连接，所述进风温度设定器与进风温度PID控制模块之间串联物料恒温开启模块，物料温度PID控制模块与物料恒温开启模块串联可动态调整温差的控制模块，所述控制模块分别与进风温度设定器、物料温度设定器以及通过加减器连接后的进风温度测量器和物料温度测量器连接。

所述控制模块接收进风温度测量器以及物料温度测量器实时检测到的动态温度差。

所述进风温度测量器采用温度传感器。

所述物料温度测量器采用温度传感器。

本发明还公开了一种用于上述的流化床物料恒温控制***的控制方法，其步骤如下：一、通过物料温度设定器设定物料温度SV2，通过进风温度设定器设定进风温度SV1，通过物料温度测量器获取实际物料温度PV2，通过进风温度测量器获取实际进风温度PV1；

二、开启物料恒温开启模块；

三、首先通过物料温度PID控制模块获得温度值V1，然后对进风温度测量器和物料温度测量器进行计算获得动态温度△PV，同时控制模块进行实时采集进风和物料的实际温度差, 并通过进风和物料温度的设定值计算出带温限的给定值，即变化后进风温度的新设定值SV1；

四，将新设定值SV1输入进风温度PID控制模块，并计算得到控制温度V2，并将控制温度V2输出到加热装置。

步骤三中，物料温度PID控制模块通过V1=PID（SV2，PV2）获得温度值V1。

步骤三中，△PV=PV1-PV2。

步骤三中控制模块设定上限H=SV1、下限L=SV2、动态温限M=SV2+△PV，首先通过判定动态温限M处于M>H、M<L或者H>M>L，分别进行M=H、M=L或者M=H设定，其次通过判断是否处于动态下限模式或动态上限模式，分别进行L=M或H=M设定，最后得出SV1=SCALE（V1，H，L），其中SCALE函数的线性化输出＝（给定值－给定值下限）÷（给定值上限－给定值下限）×（目标上限－目标下限）＋目标下限。

步骤四中，V2=PID（SV1，PV1）。

当所述物料恒温开启模块未开启时，直接跳过步骤三，进行步骤四。

发明的有益效果是：在保证物料温度恒定的情况下, 进风温度实际值始终限定在物料温度与进风温度设定值之间, 实现物料均匀受热, 能全面适用各种温度范围的物料。

附图说明

图1是进风恒温控制的干燥过程的示意图。

图2是直接物料恒温控制的干燥过程的示意图。

图3是直接物料恒温控制的结构示意图。

图4是本发明的***框图。

图5是本发明的流程示意图。

图6是本发明的效果示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例作进一步说明：

如图4所示，本发明提供一种流化床物料恒温控制***，其包括进风温度测量器T2、进风温度设定器、物料温度测量器T3以及物料温度设定器,所述物料温度测量器T3以及物料温度设定器通过加减器与物料温度PID控制模块K1连接，所述进风温度测量器T2以及进风温度设定器通过加减器与进风温度PID控制模块K3连接，所述进风温度PID控制模块K3依次连接***T1、加热装置E1、进风处理器B1后与物料仓B2连接，所述进风温度测量器T2的测量端与进风处理器B1的输出端连接，所述物料温度测量器T3的测量端与物料仓B2的输出端连接，所述进风温度设定器与进风温度PID控制模块K3之间串联物料恒温开启模块S1，物料温度PID控制模块K1与物料恒温开启模块S1串联可动态调整温差的控制模块K2，所述控制模块K2分别与进风温度设定器、物料温度设定器以及通过加减器连接后的进风温度测量器T2和物料温度测量器T3连接。

新增一级物料温度PID控制模块K1，并在该物料温度PID控制模块后增加可动态调整温差的控制模块K2。控制模块K2实时采集进风和物料的实际温度差, 并通过进风和物料温度的设定值计算出带温限的给定值传到进风温度PID控制模块K3, 再由进风温度PID控制模块K3完成对加热装置的最终控制计算。

所述控制模块K2接收进风温度测量器以及物料温度测量器实时检测到的动态温度差，进风温度测量器以及物料温度测量器通过加减器得出动态温差，△PV=PV1-PV2。

所述进风温度测量器采用温度传感器，用于检测进风温度PV1。

所述物料温度测量器采用温度传感器，用于检测物料温度PV2。

所述进风温度PID控制模块和物料温度PID控制模块均基于PID控制原理设计的PID控制模块。

本发明在保证物料温度恒定的情况下同时保证进风可调可控，即通过物料恒温开启模块S1确保物料一直处于恒温状态，然后通过控制模块K2对进风温度以及物料温度的设定值，然后与实际温差进行计算，得出实时调控的进风温度值，保证进风温度的可调可控。

如图5所示，一种用于上述的流化床物料恒温控制***的控制方法，其步骤如下：一、通过物料温度设定器设定物料温度SV2，通过进风温度设定器设定进风温度SV1，通过物料温度测量器T3获取实际物料温度PV2，通过进风温度测量器T2获取实际进风温度PV1；

二、开启物料恒温开启模块S1；

三、首先通过物料温度PID控制模块K1获得温度值V1，然后对进风温度测量器T2和物料温度测量器T3进行计算获得动态温度△PV，同时控制模块K2进行实时采集进风和物料的实际温度差, 并通过进风和物料温度的设定值计算出带温限的给定值，即变化后进风温度的新设定值SV1；

四，将新设定值SV1输入进风温度PID控制模块K3，并计算得到控制温度V2，并将控制温度V2输出到加热装置E1。

步骤三中，物料温度PID控制模块K1通过V1=PID（SV2，PV2）获得温度值V1。

工业生产过程中，对于生产装置的温度、压力、流量、液位等工艺变量常常要求维持在一定的数值上，或按一定的规律变化，以满足生产工艺的要求。PID控制模块是根据PID控制原理对整个控制***进行偏差调节，从而使被控变量的实际值与工艺要求的预定值一致。

步骤三中，计算动态温差，△PV=PV1-PV2。

步骤三中控制模块K2设定上限H=SV1、下限L=SV2、其中动态温限M=SV2+△PV，首先通过判定动态温限M处于M>H、M<L或者H>M>L，分别进行M=H、M=L或者M=H设定，其次通过判断是否处于动态下限模式或动态上限模式，分别进行L=M或H=M设定，最后得出SV1=SCALE（V1，H，L）。

当动态温限M高于上限H，即限制为上限，M=H，然后判断是否处于动态下限模式，当处于动态下限模式时，则设置下限，即将L=M，然后计算物料温度控制输出，调用线性化模块SV1=SCALE（V1，H，L）得出变化后进风温度的新设定值SV1；而当其不处于动态下限时，则判断其是否处于动态上限，若是则设定上限，H=M，然后计算物料温度控制输出，调用线性化模块SV1=SCALE（V1，H，L）得出变化后进风温度的新设定值SV1；若也不处于动态上限，则直接计算物料温度控制输出，调用线性化模块SV1=SCALE（V1，H，L）得出变化后进风温度的新设定值SV1。将得出的变化后进风温度的新设定值SV1替代原先的设定值SV1，实现动态自动变化。

当动态温限M低于下限L时，限制为下限，M=L，然后判断是否处于动态下限模式，当处于动态下限模式时，则设置下限，即将L=M，然后计算物料温度控制输出，调用线性化模块SV1=SCALE（V1，H，L）得出变化后进风温度的新设定值SV1；而当其不处于动态下限时，则判断其是否处于动态上限，若是则设定上限，H=M，然后计算物料温度控制输出，调用线性化模块SV1=SCALE（V1，H，L）得出变化后进风温度的新设定值SV1；若也不处于动态上限，则直接计算物料温度控制输出，调用线性化模块SV1=SCALE（V1，H，L）得出变化后进风温度的新设定值SV1。将得出的变化后进风温度的新设定值SV1替代原先的设定值SV1，实现动态自动变化。

当动态温限M高于L且低于M时，则直接判断是否处于动态下限模式，当处于动态下限模式时，则设置下限，即将L=M，然后计算物料温度控制输出，调用线性化模块SV1=SCALE（V1，H，L）得出变化后进风温度的新设定值SV1；而当其不处于动态下限时，则判断其是否处于动态上限，若是则设定上限，H=M，然后计算物料温度控制输出，调用线性化模块SV1=SCALE（V1，H，L）得出变化后进风温度的新设定值SV1；若也不处于动态上限，则直接计算物料温度控制输出，调用线性化模块SV1=SCALE（V1，H，L）得出变化后进风温度的新设定值SV1。将得出的变化后进风温度的新设定值SV1替代原先的设定值SV1，实现动态自动变化。

其中SCALE函数将给定值按线性规律从给定值上下限范围转换到目标上下限范围. 其计算公式为:线性化输出＝（给定值－给定值下限）÷（给定值上限－给定值下限）×（目标上限－目标下限）＋目标下限，默认情况下，给定值的上下限范围为：0.0 ~ 1.0。

所述步骤四中，V2=PID（SV1，PV1）。

当所述物料恒温开启模块S1未开启时，则直接跳过控制模块K2的运算，将原进风温度SV1输入到进风温度PID控制模块K3。

最后直接将得出的变化后的设定值SV1输入到进风温度PID控制模块K3，使得加热装置E1根据得到的V2进行温度控制，保证物料温度恒定的情况下, 进风温度实际值始终限定在物料温度与进风温度设定值之间, 实现物料均匀受热, 能全面适用各种温度范围的物料，效果如图6所示。

实施例不应视为对本发明的限制，但任何基于本发明的精神所作的改进，都应在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种流化床物料恒温控制***，其特征在于：其包括进风温度测量器（T2）、进风温度设定器、物料温度测量器（T3）以及物料温度设定器,所述物料温度测量器（T3）以及物料温度设定器通过加减器与物料温度PID控制模块（K1）连接，所述进风温度测量器（T2）以及进风温度设定器通过加减器与进风温度PID控制模块（K3）连接，所述进风温度PID控制模块（K3）依次连接***（T1）、加热装置（E1）、进风处理器（B1）后与物料仓（B2）连接，所述进风温度测量器（T2）的测量端与进风处理器（B1）的输出端连接，所述物料温度测量器（T3）的测量端与物料仓（B2）的输出端连接，所述进风温度设定器与进风温度PID控制模块（K3）之间串联物料恒温开启模块（S1），物料温度PID控制模块（K1）与物料恒温开启模块（S1）串联可动态调整温差的控制模块（K2），所述控制模块（K2）分别与进风温度设定器、物料温度设定器以及通过加减器连接后的进风温度测量器（T2）和物料温度测量器（T3）连接。

2.根据权利要求1所述的流化床物料恒温控制***，其特征在于，所述控制模块（K2）接收进风温度测量器（T2）以及物料温度测量器（T3）实时检测到的动态温度差。

3.根据权利要求1或2所述的流化床物料恒温控制***，其特征在于，所述进风温度测量器（T2）采用温度传感器。

4.根据权利要求1或2所述的流化床物料恒温控制***，其特征在于，所述物料温度测量器（T3）采用温度传感器。

5.一种用于权利要求1所述的流化床物料恒温控制***的控制方法，其特征在于：其步骤如下：一、通过物料温度设定器设定物料温度SV2，通过进风温度设定器设定进风温度SV1，通过物料温度测量器（T3）获取实际物料温度PV2，通过进风温度测量器（T2）获取实际进风温度PV1；

二、开启物料恒温开启模块（S1）；

三、首先通过物料温度PID控制模块（K1）获得温度值V1，然后对进风温度测量器（T2）和物料温度测量器（T3）进行计算获得动态温度△PV，同时控制模块（K2）进行实时采集进风和物料的实际温度差, 并通过进风和物料温度的设定值计算出带温限的给定值，即变化后进风温度的新设定值SV1；

四，将新设定值SV1输入进风温度PID控制模块（K3），并计算得到控制温度V2，并将控制温度V2输出到加热装置（E1）。

6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，步骤三中，物料温度PID控制模块（K1）通过V1=PID（SV2，PV2）获得温度值V1。

7.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，步骤三中，△PV=PV1-PV2。

8.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，步骤三中控制模块（K2）设定上限H=SV1、下限L=SV2、其中动态温限M=SV2+△PV，首先通过判定动态温限M处于M>H、M<L或者H>M>L，分别进行M=H、M=L或者M=H设定，其次通过判断是否处于动态下限模式或动态上限模式，分别进行L=M或H=M设定，最后得出SV1=SCALE（V1，H，L），其中SCALE函数的线性化输出＝（给定值－给定值下限）÷（给定值上限－给定值下限）×（目标上限－目标下限）＋目标下限。

9.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，步骤四中，V2=PID（SV1，PV1）。

10.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，当所述物料恒温开启模块（S1）未开启时，直接跳过步骤三，进行步骤四操作。