[发明专利]高温高压试验装置温度串级PID控制系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及高温高压试验装置温度串级PID控制系统及其控制方法，主要针对电热风加热方式的高温高压釜温度控制特殊工艺要求，提出温度串级PID控制方法。

背景技术

试验用高温高压釜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。现有试验装置大多采用感应加热或以类似导热油为传热介质的强制循环加热方式，这两种加热方式前者由于加热原理限制，只能自然降温，效率低下，应用范围受限，后者加热装置设备复杂，运行管理成本较高，安全环保性能较差，同时受传加热原理和传热介质的限制，还具有试验时间长，试验温度较低等缺点。对于电热风加热方式的高温高压釜温度控制特殊工艺要求，采用常规控制方法升温降温速度控制困难，稳定性差，难以实现预期的控制目标。

发明内容

本发明所解决的技术问题是提供一种结构简单，在保证釜壁密封温度安全的前提下，既能快速准确达到升温保温目标，又能保证升温过程高压釜釜壁密封安全温度，同时能够有效解决炉膛升温速度过快、超调大，温度压力耦合严重的高温高压试验装置温度串级PID控制系统及其控制方法。

为解决上述的技术问题，本发明采取的技术方案：

本发明的特殊之处在于：所述的系统由以下模块构成：

热风混合加热模块包括加热斧、导流筒、加热筒、加热体，加热斧外径依次套设导流筒、加热筒构成加热区，加热体设置在导流筒与加热筒之间；加热电源模块为加热功率输出控制的主回路，主要包括低压断路器、快速熔断器、交流接触器、三相过零调功装置，并在主回路上连接有电能参数检测装置；风机循环模块包括风机、变频器、热风阀、冷风阀、换向阀，换向阀与风机连接，且换向阀的两端分别与热风阀、冷风阀连接；温度测控模块包括设置在加热区内的若干个热电偶或热电阻测温元件、温度变送器、外环主控PID控制回路、内环辅控PID控制回路、三相功率调节装置、PLC、触摸屏；所述的热风混合加热模块的加热体通过铜排与加热电源模块连接，加热电源模块与电气控制模块的PLC连接，风机循环模块一路通过变频器9与电气控制模块连接，另一路与热风混合加热模块的加热体连接；所述的热电偶或热电阻元件获取的温度变化信号通过变送器转变成4-20mA的电流信号，传输到温度测控模块的外环主控PID控制回路、内环辅控PID控制回路，分别通过主控PID控制器、辅控PID控制器对输出功率进行调节。

上述的系统的控制方法是将热风混合加热模块的加热区分为目标温度A、安全温度B、炉膛温度C三个测温区，目标温度和通过外环主控PID控制回路运算处理后，其输出信号传输到内环辅控PID控制回路和安全温度进行比较运算处理，再经过温控系数修正后转化为模拟控制信号输出到功率调节装置，对加热电源的输出功率进行调整。

上述的的控制方法将热风混合加热模块的加热区分为A、B、C三个区域，其中A区为目标温度测温区即加热工件所需要的试验温度，B区为安全温度测温区即该区的温度不能超过罐内密封橡胶圈的安全极限温度，C区为加热体所处的导流筒炉膛温度测温区即循环空气被加热后的电热风温度，A、B、C三个区域均有三个测温点分布在环形加热区的上中下三个位置，分别为A1、A2、A3、B1、B2、B3、C1、C2、C3九个测温点，测温点均设置有热电偶或热电阻元件。

上述的控制方法以目标温度A区为主控变量与加热安全温度B区为辅控变量构成串级控制系统，温度控制以实现A区目标温度稳定为主要控温目标，通过串级控制方法，以B区的安全温度和A区目标温度作为加热电源功率输出的主要调节依据，C区温度作为电热风加热控制过程中的监测值使用，在升温、保温、降温各阶段适时调整设定温度，并切换被控温度，来实现加热试验功能。

上述的控制方法根据信号传递关系，将电热风加热对象分为两部分，一部分是高压釜外壁以及外部电热风导流筒等，其输出变量为B区或C区温度，即试验过程中的安全温度或导流筒内电热风温度；另一部分为加热釜内液体，其输出变量为A区温度，即控制的目标温度，风压、风速、电源波动、温度压力耦合干扰变化，通过高压釜外部电热风温度的波动影响釜内试验目标温度。