CN115167568A - 一种浮法玻璃电加热全自动爬坡温度控制***和控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种浮法玻璃电加热全自动爬坡温度控制***和控制方法，涉及浮法玻璃电加热自动控制领域；包括曲线录入模块、自动爬坡模块、传感器故障识别模块、时间计算模块、暂停和继续功能模块；通过预先提供温度爬坡曲线，计算出每个曲线段的温度升降斜率；并由此获取每个时间点的电加热的理论温度；并实时计算斜坡参数，通过控制PID设定值的方式，控制斜坡参数处于合理的范围内；而PID设定值作为功率控制器控制温度的指引；由此，实现温度在调整范围内稳步升降；也由此解决了浮法玻璃自动式电加热的问题。
Description
技术领域
本发明属于浮法玻璃电加热领域，涉及自动控制技术，具体是一种浮法玻璃电加热全自动爬坡温度控制***和控制方法。
背景技术
浮法玻璃的工艺特性要求离不开电加热***，以退火窑工艺为例，退火温度对玻璃的质量至关重要，因此在开始引板前需提前将退火窑的温度升至合适的温度，让工艺装备提前膨胀，再进行降温、点检，点检完成后再将温度升至引板需要的温度，然后进行退火窑的保温，而该过程一般需进行7至10天，期间的升/降温工作需严格按照退火窑的装备特性进行，否则将导致退火窑的膨胀不均匀，直接影响退火窑的装备质量，严重的可能会导致装备损坏。而传统的退火窑升/降温通过人工操作，按照提前绘制的曲线每半个小时至一个小时进行一次温度设定，工作量大，出错率高；
为此，提出一种浮法玻璃电加热全自动爬坡温度控制***和控制方法。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种浮法玻璃电加热全自动爬坡温度控制***和控制方法，该一种浮法玻璃电加热全自动爬坡温度控制***和控制方法通过预先提供温度爬坡曲线，计算出每个曲线段的温度升降斜率；并由此获取每个时间点的电加热的理论温度；并实时计算斜坡参数，通过控制PID设定值的方式，控制斜坡参数处于合理的范围内；而PID设定值作为功率控制器控制温度的指导；由此，实现温度在调整范围内稳步升降；也由此解决了浮法玻璃自动式电加热的问题。
为实现上述目的，根据本发明的第一方面的实施例提出一种浮法玻璃电加热全自动爬坡温度控制***，包括曲线录入模块、自动爬坡模块、传感器故障识别模块、时间计算模块、暂停和继续功能模块；其中，各个模块之间通过电气方式连接；
其中，曲线录入模块用于录入温度爬坡曲线，并根据温度爬坡曲线计算单位目标温度；
温度爬坡曲线的每个拐点(T1,t1)、(T2,t2)…(TN,tN)均由人工根据不同的加热炉的实际情况设定；(Tn,tn)至(T(n+1),t(n+1))段的线段构成一段曲线段；Tn为开始温度，T(n+1)为结束温度；其中，n＝1，2…N；N表示爬坡曲线阶段的数量；
当曲线数据录入曲线录入模块后，控制***根据曲线数据自动计算升/降温的速度斜率
再利用所求得的速度斜率Vn计算从时间t0至时间tN的每秒的目标温度，即按照1秒的分辨率计算出每一个曲线段内每一秒的目标温度；曲线录入模块将每秒的温度数据发送至自动爬坡模块；
其中，所述自动爬坡模块用于使用前置斜坡程序控制退火窑温度按设定的温度曲线执行；
所述前置斜坡程序包括一套PID设定值前置斜坡算法；所述PID设定值前置斜坡算法控制一个占空比为0.5的脉冲信号，通过脉冲信号的边缘信号计算出一个斜坡参数γ；将传感器反馈的最小温度值标记为M；将由自动爬坡程序根据曲线计算出来的PID设定值标记为N；两次脉冲信号边缘信号的间隔时间标记为b；斜坡参数γ计算方式为
所述传感器为若干温度传感器，用于监测退火窑内实时温度；
判断斜坡参数γ的值是否在1倍的自动计算曲线升/降温的速度斜率Vn，和2倍的自动计算曲线升/降温的速度斜率Vn的区间内，若不在区间内，通过修改PID设定值N，保证斜坡参数γ始终在区间内；通过PID控制功率控制器调控退火窑中的温度；保证温度在调整范围内稳步升降；同时控制的占空比为0.5的脉冲信号实时计算更新斜坡参数γ；所述功率控制器用于控制浮法玻璃电加热的功率输出；即由功率控制器通过控制电功率控制退火窑中的温度升降；
所述自动爬坡模块在启动时，发送启动信号至时间计算模块；所述自动爬坡模块在完成所有曲线段的温度爬坡时，发送重新计时信号至时间计算模块；
其中，所述传感器故障识别模块主要用于判断传感器是否发生传感器故障；所述传感器包括电压传感器、电流传感器以及温度传感器；
当电压传感器、电流传感器以及温度传感器全部出现故障时，所述传感器故障识别模块发出传感器故障信号至暂停和继续功能模块；
其中，所述时间计算模块主要用于计算已运行的时间；当时间计算模块接收到启动信号，开启计时；当时间计算模块接收到终止信号，终止计时；所述时间计算模块实时将运行时间发送至暂停和继续功能模块；当时间计算模块接收到重新计时信号，所述时间计算模块将运行时间清零；
其中，所述暂停和继续功能模块主要用于在发生传感器故障或外部故障时，暂停温度爬坡，并在故障修复后，继续温度爬坡；
其中，所述外部故障包括功率控制器通讯中断故障、接口故障以及通讯故障；
当发生传感器故障或外部故障时，暂停和继续功能模块发送暂停信号至自动爬坡模块，所述自动爬坡模块控制功率控制器关闭，并记录当前功率控制器状态、PID设定值以及当前运行的时间数据；并发送终止信号至时间计算模块；
当传感器故障或外部故障修复后，暂停和继续功能模块发送继续信号至自动爬坡模块；所述自动爬坡模块控制功率控制器开启；并按照暂停时的功率控制器状态、PID设定值以及根据暂停时的运行时间计算出的斜率重新开启温度爬坡；并发送启动信号至时间计算模块；
当传感器故障或外部故障无法修复时，人工关闭自动爬坡程序；并发送重新计时信号至时间计算模块。
根据本发明的第二方面的实施例提出一种浮法玻璃电加热全自动爬坡温度控制方法，包括以下步骤：
步骤一：曲线录入模块录入温度爬坡曲线，并根据温度爬坡曲线计算单位目标温度；
步骤二：自动爬坡模块按照温度爬坡曲线，通过计算斜坡参数，通过控制斜坡参数的范围，调控温度在调整范围内稳步升降；并在功率控制器启动时，开启计时；在完成温度爬坡后结束计时，并将运行时间清零；
步骤三：传感器故障识别程序实时监控传感器是否故障以及数据的有效性；并在感应到电流传感器、电压传感器以及温度传感器故障时，发送暂停信号至暂停和继续功能模块；
步骤四：暂停和继续功能模块实时监控***是否发生外部故障，并在发生外部故障或传感器故障时及时暂停执行温度爬坡；并在传感器故障或外部故障解除时，继续执行温度爬坡。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过预先提供温度爬坡曲线，计算出每个曲线段的温度升降斜率；并由此获取每个时间点的电加热的理论温度；并实时计算斜坡参数，通过控制PID设定值的方式，控制斜坡参数处于合理的范围内；而PID设定值作为功率控制器控制温度的指导；由此，实现温度在调整范围内稳步升降；也由此解决了浮法玻璃自动式电加热的问题。
附图说明
图1为本发明的原理图；
图2为本发明实施例的温度曲线图示例；
图3为本发明的流程图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种浮法玻璃电加热全自动爬坡温度控制***，包括曲线录入模块、自动爬坡模块、传感器故障识别模块、时间计算模块以及暂停和继续功能模块；其中，各个模块之间通过电气方式连接；
其中，曲线录入模块用于录入温度爬坡曲线，并根据温度爬坡曲线计算单位目标温度；
其中，所述温度爬坡曲线如图2所示，其中，T表示温度，t表示时间；曲线的每个拐点(T1,t1)、(T2,t2)…(TN,tN)均由人工根据不同的加热炉的实际情况设定；(Tn,tn)至(T(n+1),t(n+1))段的线段构成一段曲线段；Tn为开始温度，T(n+1)为结束温度；其中，n＝1，2…N；其中，N表示爬坡曲线阶段的数量；如图2中的曲线阶段数量N为8；
当每段曲线段的开始温度和目标温度相等时，曲线录入模块判断工艺需求为保温；
当曲线数据录入曲线录入模块后，控制***根据曲线数据自动计算升/降温的速度斜率
再利用所求得的速度斜率Vn计算从时间t0至时间tN的每秒的目标温度，即按照1秒的分辨率计算出每一个曲线段内每一秒的目标温度；曲线录入模块将每秒的温度数据发送至自动爬坡模块；
其中，所述自动爬坡模块用于使用前置斜坡程序控制退火窑温度按设定的温度曲线执行；
所述前置斜坡程序包括一套PID设定值前置斜坡算法；所述PID设定值前置斜坡算法控制一个占空比为0.5的脉冲信号，通过脉冲信号的边缘信号计算出一个斜坡参数γ；将传感器反馈的最小温度值标记为M；将由自动爬坡程序根据曲线计算出来的PID设定值标记为N；两次脉冲信号边缘信号的间隔时间标记为b；斜坡参数γ计算方式为
所述传感器为若干温度传感器，用于监测退火窑内实时温度；
判断斜坡参数γ的值是否在1倍的自动计算曲线升/降温的速度斜率Vn，和2倍的自动计算曲线升/降温的速度斜率Vn的区间内，若不在区间内，通过修改PID设定值N，保证斜坡参数γ始终在区间内；通过PID控制功率控制器调控退火窑中的温度，保证实际值不会偏离设定值过多；保证温度在调整范围内稳步升降；同时控制的占空比为0.5的脉冲信号实时计算更新斜坡参数γ；所述功率控制器用于控制浮法玻璃电加热的功率输出；即由功率控制器通过控制电功率控制退火窑中的温度升降；
所述自动爬坡模块在启动时，发送启动信号至时间计算模块；所述自动爬坡模块在完成所有曲线段的温度爬坡时，发送重新计时信号至时间计算模块；所述时间计算模块的最小时间单位为500毫秒，即时间计算模块采用每500毫秒计时一次的方式进行计时，有效提高计时精度；
其中，所述传感器故障识别模块主要用于判断传感器是否发生传感器故障；所述传感器包括电压传感器、电流传感器以及温度传感器；
当电压传感器、电流传感器以及温度传感器全部出现故障时，所述传感器故障识别模块发出传感器故障信号至暂停和继续功能模块；
其中，所述时间计算模块主要用于计算已运行的时间；当时间计算模块接收到启动信号，开启计时；当时间计算模块接收到终止信号，终止计时；所述时间计算模块实时将运行时间发送至暂停和继续功能模块；当时间计算模块接收到重新计时信号，所述时间计算模块将运行时间清零；
其中，所述暂停和继续功能模块主要用于在发生传感器故障或外部故障时，暂停温度爬坡，并在故障修复后，继续温度爬坡；
其中，所述外部故障包括功率控制器通讯中断故障、接口故障以及通讯故障；
当发生传感器故障或外部故障时，暂停和继续功能模块发送暂停信号至自动爬坡模块，所述自动爬坡模块控制功率控制器关闭，并记录当前功率控制器状态、PID设定值以及当前运行的时间数据；并发送终止信号至时间计算模块；
当传感器故障或外部故障修复后，暂停和继续功能模块发送继续信号至自动爬坡模块；所述自动爬坡模块控制功率控制器开启；并按照暂停时的功率控制器状态、PID设定值以及根据暂停时的运行时间计算出的斜率重新开启温度爬坡；并发送启动信号至时间计算模块；
当传感器故障或外部故障无法修复时，人工关闭自动爬坡程序；并发送重新计时信号至时间计算模块。
如图3所示，一种浮法玻璃电加热全自动爬坡温度控制方法，包括以下步骤：
步骤一：曲线录入模块录入温度爬坡曲线，并根据温度爬坡曲线计算单位目标温度；
步骤二：自动爬坡模块按照温度爬坡曲线，通过计算斜坡参数，通过控制斜坡参数的范围，调控温度在调整范围内稳步升降；并在功率控制器启动时，开启计时；在完成温度爬坡后结束计时，并将运行时间清零；
步骤三：传感器故障识别程序实时监控传感器是否故障以及数据的有效性；并在感应到电流传感器、电压传感器以及温度传感器故障时，发送暂停信号至暂停和继续功能模块；
步骤四：暂停和继续功能模块实时监控***是否发生外部故障，并在发生外部故障或传感器故障时及时暂停执行温度爬坡；并在传感器故障或外部故障解除时，继续执行温度爬坡。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方法而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方法进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方法的精神和范围。
Claims (8)
1.一种浮法玻璃电加热全自动爬坡温度控制***，其特征在于，包括曲线录入模块、自动爬坡模块、传感器故障识别模块、时间计算模块以及暂停和继续功能模块；其中，各个模块之间通过电气方式连接；
曲线录入模块用于录入温度爬坡曲线，并根据温度爬坡曲线计算单位目标温度；曲线录入模块将每秒的温度数据发送至自动爬坡模块；
所述自动爬坡模块用于使用前置斜坡程序控制退火窑温度按设定的温度曲线执行；所述自动爬坡模块在启动时，发送启动信号至时间计算模块；所述自动爬坡模块在完成所有曲线段的温度爬坡时，发送重新计时信号至时间计算模块；
所述传感器故障识别模块用于判断是否发生传感器故障；传感器故障识别模块在传感器故障时发出传感器故障信号至暂停和继续功能模块；
所述时间计算模块主要用于计算温度爬坡已运行的时间；
所述暂停和继续功能模块主要用于在发生传感器故障或外部故障时，通知自动爬坡模块暂停温度爬坡，并在故障修复后，通知自动爬坡模块继续温度爬坡。
2.根据权利要求1所述的一种浮法玻璃电加热全自动爬坡温度控制***，其特征在于，所述温度爬坡曲线的每个拐点(T1,t1)、(T2,t2)…(TN,tN)均由人工根据不同的加热炉的实际情况设定；(Tn,tn)至(T(n+1),t(n+1))段的线段构成一段曲线段；Tn为开始温度，T(n+1)为结束温度；其中，n＝1，2…N；T表示温度，t表示时间；N表示爬坡曲线段的数量；
当曲线数据录入曲线录入模块后，控制***根据曲线数据自动计算升/降温的速度斜率
再利用所求得的速度斜率Vn计算从时间t0至时间tN的每秒的目标温度；曲线录入模块将每秒的温度数据发送至自动爬坡模块。
3.根据权利要求1所述的一种浮法玻璃电加热全自动爬坡温度控制***，其特征在于，所述自动爬坡模块用于使用前置斜坡程序控制退火窑温度按设定的温度曲线执行。
4.根据权利要求3所述的一种浮法玻璃电加热全自动爬坡温度控制***，其特征在于，所述前置斜坡程序包括一套PID设定值前置斜坡算法；所述PID设定值前置斜坡算法控制一个占空比为0.5的脉冲信号，通过脉冲信号的边缘信号计算出斜坡参数γ；将温度传感器反馈的最小温度值标记为M；将由自动爬坡程序根据曲线计算出来的PID设定值标记为N；两次脉冲信号边缘信号的间隔时间标记为t；斜坡参数γ计算方式为
所述PID设定值前置斜坡算法判断斜坡参数γ的值是否在自动计算曲线升/降温的速度斜率Vn，自动计算曲线升/降温的速度斜率Vn的1倍与2倍区间内，若不在区间内，通过修改PID设定值N，保证斜坡参数γ始终在区间内；通过PID控制功率控制器调控退火窑中的温度；保证温度在调整范围内不脱离设定值稳步升降；同时控制占空比为0.5的脉冲信号实时计算更新斜坡参数γ；所述功率控制器用于控制浮法玻璃电加热的功率输出；即由功率控制器控制退火窑中的温度升降。
5.根据权利要求1所述的一种浮法玻璃电加热全自动爬坡温度控制***，其特征在于，所述传感器故障为电压传感器、电流传感器以及温度传感器全部故障。
6.根据权利要求1所述的一种浮法玻璃电加热全自动爬坡温度控制***，其特征在于，当时间计算模块接收到启动信号，开启计时；当时间计算模块接收到终止信号，终止计时；所述时间计算模块实时将运行时间发送至暂停和继续功能模块；当时间计算模块接收到重新计时信号，所述时间计算模块将运行时间清零。
7.根据权利要求1所述的一种浮法玻璃电加热全自动爬坡温度控制***，其特征在于，所述外部故障包括功率控制器通讯中断故障、接口故障以及通讯故障；
当发生传感器故障或外部故障时，暂停和继续功能模块发送暂停信号至自动爬坡模块，所述自动爬坡模块控制功率控制器关闭，并记录当前功率控制器状态、PID设定值以及当前运行的时间数据；并发送终止信号至时间计算模块；
当传感器故障或外部故障修复后，暂停和继续功能模块发送继续信号至自动爬坡模块；所述自动爬坡模块控制功率控制器开启；并按照暂停时的功率控制器状态、PID设定值以及根据暂停时的运行时间计算出的斜率重新开启温度爬坡；并发送启动信号至时间计算模块；
当传感器故障或外部故障无法修复时，人工关闭自动爬坡程序；并发送重新计时信号至时间计算模块。
8.一种浮法玻璃电加热全自动爬坡温度控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：曲线录入模块录入温度爬坡曲线，并根据温度爬坡曲线计算单位目标温度；
步骤二：自动爬坡模块按照温度爬坡曲线，通过计算斜坡参数，通过控制斜坡参数的范围，调控温度在调整范围内稳步升降；并在功率控制器启动时，开启计时；在完成温度爬坡后结束计时，并将运行时间清零；
步骤三：传感器故障识别程序实时监控传感器是否故障以及数据的有效性；并在感应到电流传感器、电压传感器以及温度传感器故障时，发送暂停信号至暂停和继续功能模块；
步骤四：暂停和继续功能模块实时监控***是否发生外部故障，并在发生外部故障或传感器故障时及时暂停执行温度爬坡；并在传感器故障或外部故障解除时，继续执行温度爬坡。
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