CN103365318A - 一种冻干机板层温度智能控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种冻干机板层温度智能控制方法及系统,该方法包括以下步骤:(1)采集冻干机板层进口的温度,将采集得到的温度实际值PV与设定值SP的差值作为偏差值TD;(2)根据上述得到的偏差值TD得出温度的过热量R或过冷量L;(3)对上述得到的过冷量L进行PID运算,得出加热器的输出量;(4)对上述得到过热量R进行模糊规则分析,根据控制规则表进行智能模糊推理得出制冷量输出百分比OP。该系统包括板层温度的限值判断模块、制冷输出模糊控制模块、加热器PID控制模块,膨胀阀PID控制模块、温度斜率控制模块和温度采集模块。本发明具有原理简单、操作方便、控制精度高、能够提高热能利用率并降低运行成本等优点。
Description
技术领域
本发明主要涉及到冻干机的控制领域,特指一种冻干机板层温度智能控制方法及系统。
背景技术
冻干机是利用升华的原理进行干燥的一种设备,实现了被干燥的物质在低温下快速冻结,然后在适当的真空环境下,使冻结的水分子直接升华成为水蒸气逸出的过程。在这个过程中需要对被干燥物质进行冷冻和加热,而被干燥物质的温度是和放置被干燥物的载体(板层)的温度一致的,故需要一套高效、稳定的板层温度控制系统,这个系统常常被称为冻干机的“心脏”。
常规冻干机板层的温度控制系统由制冷压缩机、水冷凝器、板式换热器、制冷电子膨胀阀、控温电子膨胀阀、加热器、硅油循环泵等所构成,通过PLC控制不同的电子膨胀阀,为被干燥物质提供冷量和热量。目前这种控制系统在温度控制过程中常常出现因板层负荷的变化,压缩机的启停、温度的滞后性等因素导致温度变化率响应缓慢、温度波动大,使得被干燥物在冻干过程中出现冻结不良,升华缓慢等影响产品质量的问题和故障。另外因为温度波动大,存在温度过高或者过低的情况,这样需要制冷压缩机或加热器随时提供冷量或者热量,使冻干机的热能的利用率非常低,增加了能耗和运行费用。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于:针对现有技术存在的技术问题,本发明提供一种原理简单、操作方便、控制精度高、能够提高热能利用率并降低能耗、降低运行成本的冻干机板层温度智能控制方法及系统。
为解决上述技术问题,本发明提出的技术方案为:
一种冻干机板层温度智能控制方法,包括以下步骤:
(1)采集冻干机中板层进口处的温度信号,将采集得到的温度实际值PV与温度设定值SP的差值作为偏差值TD;
(2)根据上述得到的偏差值TD得出温度的过热量R或过冷量L;
(3)对上述得到的过冷量L进行PID运算,得出冻干机中加热器的输出量;
(4)对上述得到过热量R进行模糊规则分析,根据控制规则表进行智能模糊推理得出制冷量输出百分比OP;制冷量输出百分比OP与冻干机中相应电子膨胀阀的过热度输出百分比OPO共同控制电子膨胀阀的开度,且选用两者中的较小值作为电子膨胀阀的控制输出百分比。
作为本发明的方法进一步改进:
所述控制规则表的形成过程为:
(1.1)根据温度变化率得出板层控制温度CT,板层控制温度CT等于温度设定值SP;然后再计算偏差值TD:TD=|板层进口温度-CT|;
(1.2)以CT为表的行、TD为表的列,表的交叉点对应着OP,建立对应关系。
在控制规则表中将CT、TD的大小模糊化,将基本域定为7种级别:负大、负中、负小、零、正小、正中、正大。
本发明进一步公开了一种冻干机板层温度智能控制系统,包括板层温度的限值判断模块、制冷输出模糊控制模块、加热器PID控制模块,膨胀阀PID控制模块、温度斜率控制模块和温度采集模块;所述温度采集模块用来采集冻干机中板层的温度,所述板层温度的限值判断模块根据板层的温度得出过热量R或过冷量L的判断;当板层温度偏低时,所述温度斜率控制模块、加热器PID控制模块对过冷量L进行PID运算,控制加热输出;当板层温度偏高时,所述温度斜率控制模块、制冷输出模糊控制模块对过热量R进行模糊规则分析处理后,经所述膨胀阀PID控制模块进行制冷输出的控制。
作为本发明控制系统的进一步改进:
所述温度采集模块对板层进口处的温度进行采集。
与现有技术相比,本发明的优点在于:
本发明采用模糊制冷控制,精准性高,在控制过程中的板层温度波动极小,可将板层温度控制在设定值上下波动不超过0.8摄氏度,从而提高热能的利用率,提高产品的合格率;本发明的自动化程度高,采用智能的全自动控制,无需人为调整相应电子膨胀阀,可节省劳动力。本发明实现了冻干机板层的制冷、加热和板层温度变化速率的精确控制,解决了在冻干过程中出现的冻干不良、升华缓慢等问题,同时提高了热能的利用率,降低了能耗和冻干机的运行费用。
附图说明
图1为本发明的控制系统结构图。
图2为本发明的控制系统的框架原理示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
本发明的一种冻干机板层温度智能控制方法,包括以下步骤:
(1)采集冻干机中板层进口处的温度信号,将采集得到的温度实际值PV与温度设定值SP的差值作为偏差值TD;
(2)根据上述得到的偏差值TD得出温度的过热量R或过冷量L;
(3)对上述得到的过冷量L进行PID运算,得出冻干机中加热器的输出量;
(4)对上述得到过热量R进行模糊规则分析,根据控制规则表进行智能模糊推理得出制冷量输出百分比OP;制冷量输出百分比OP与冻干机中相应电子膨胀阀的过热度输出百分比OPO共同控制电子膨胀阀的开度,且选用两者中的较小值作为电子膨胀阀的控制输出百分比。
上述控制规则表的形成过程为:
(1.1)根据温度变化率得出板层控制温度CT,板层控制温度CT等于温度设定值SP;然后再计算偏差值TD:TD=|板层进口温度-CT|;
(1.2)以CT为表的行、TD为表的列,表的交叉点对应着OP,建立对应关系;
(1.3)将CT、TD的大小模糊化,将基本域定为7种级别:负大、负中、负小、零、正小、正中、正大;可以理解,在其他的实施例中,也可以根据实际控制需要,将基本域定义成其他数量的级别。
如图1和图2所示,本发明进一步提供一种冻干机板层温度智能控制系统,包括板层温度的限值判断模块、制冷输出模糊控制模块、加热器PID控制模块、膨胀阀PID控制模块、温度斜率控制模块和温度采集模块;温度采集模块用来采集冻干机中板层的温度,板层温度的限值判断模块根据板层的温度得出过热量R或过冷量L的判断;当板层温度偏低时,温度斜率控制模块、加热器PID控制模块对过冷量L进行PID运算,控制加热输出;当板层温度偏高时,温度斜率控制模块、制冷输出模糊控制模块对过热量R进行模糊规则分析处理后,经膨胀阀PID控制模块进行制冷输出的控制。
板层控温是将板层的进口温度控制在指定的设定温度,板层进口处是对板层进行最迅速、最准确温度控制的最佳场所。本实施例中,于板层进口处的测温套管内有一个RTD测温单元,作为温度采集模块对进口温度进行测量。温度采集模块经过温度变送器后进入PLC,并在温度控制逻辑中被使用。当温度限值判断模块确定板层过冷或者过热时将采取以下措施:
当板层过热时,控制系统将启动制冷模糊控制:
首先根据温度变化率要求得出当前板层控制温度CT。
接着计算温差:TD=|板层进口温度-CT|。
按照以上计算所得的参数,将板层的控制温度CT和温差TD的变量大小模糊化,将基本域定为以下7种级别:负大、负中、负小、零、正小、正中、正大。同时根据实际输出的情况,创建以下控制规则表:
在对照表中制冷量输出百分比OP和当前板层控制温度CT存储在关系表里。当前板层控制温度CT为表的行,同时温差TD为表的列,表的交叉点对应制冷量输出百分比OP,建立对应关系如下表:
根据现有压缩机的台数以及上表得出制冷量输出百分比OP值,每个板层降温阀门的动作时间将通过模糊推理得到输出确认。对于电子膨胀阀,制冷量输出百分比OP与相应电子膨胀阀的过热度输出百分比OPO共同控制电子膨胀阀的开度,并且选用两者中的较小值为电子膨胀阀的控制输出百分比。
当压缩机的数量为2台时,模糊推理得原则如下:
当板层过冷时,控制系统将根据温度变化率得出当前板层的控制温度,再进行PID运算,输出加热的控制参数。
以上仅是本发明的优选实施方式,本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例,凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰,应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种冻干机板层温度智能控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)采集冻干机中板层进口处的温度信号,将采集得到的温度实际值PV与温度设定值SP的差值作为偏差值TD;
(2)根据上述得到的偏差值TD得出温度的过热量R或过冷量L;
(3)对上述得到的过冷量L进行PID运算,得出冻干机中加热器的输出量;
(4)对上述得到过热量R进行模糊规则分析,根据控制规则表进行智能模糊推理得出制冷量输出百分比OP;制冷量输出百分比OP与冻干机中相应电子膨胀阀的过热度输出百分比OPO共同控制电子膨胀阀的开度,且选用两者中的较小值作为电子膨胀阀的控制输出百分比。
2.根据权利要求1所述的冻干机板层温度智能控制方法,其特征在于,所述控制规则表的形成过程为:
(1.1)根据温度变化率得出板层控制温度CT,板层控制温度CT等于温度设定值SP;然后再计算偏差值TD:TD=|板层进口温度-CT|;
(1.2)以CT为表的行、TD为表的列,表的交叉点对应着OP,建立对应关系。
3.根据权利要求2所述的冻干机板层温度智能控制方法,其特征在于,在控制规则表中将CT、TD的大小模糊化,将基本域定为7种级别:负大、负中、负小、零、正小、正中、正大。
4.一种冻干机板层温度智能控制系统,其特征在于,包括板层温度的限值判断模块、制冷输出模糊控制模块、加热器PID控制模块,膨胀阀PID控制模块、温度斜率控制模块和温度采集模块;所述温度采集模块用来采集冻干机中板层的温度,所述板层温度的限值判断模块根据板层的温度得出过热量R或过冷量L的判断;当板层温度偏低时,所述温度斜率控制模块、加热器PID控制模块对过冷量L进行PID运算,控制加热输出;当板层温度偏高时,所述温度斜率控制模块、制冷输出模糊控制模块对过热量R进行模糊规则分析处理后,经所述膨胀阀PID控制模块进行制冷输出的控制。
5.根据权利要求4所述的冻干机板层温度智能控制系统,其特征在于:所述温度采集模块对板层进口处的温度进行采集。
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