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基于PCS7控制的调功器在铂金通道加热系统上的应用
陈华;侯振
【摘要】:针对铂金通道电加热控制系统,选用带VSC调节功能的调功器,通过
PROFIBUS-DP通信卡件建立现场级工业通讯网络,由西门子PCS7上位系统对铂
金通道进行加热控制设定和温度的PID整定.通过合理的计算选型和控制模式的选
择,提高铂金通道温度控制的精度和系统可靠性.
【期刊名称】《电气自动化》
【年(卷),期】2018(040)002
【总页数】3页(P82-84)
【关键词】调功器;PCS7;PID;铂金通道;控制模式
【作者】陈华;侯振
【作者单位】科立视材料科技有限公司,福建福州350015;北京科技大学自动化学
院,北京100083
【正文语种】中文
【中图分类】TP23
0引言
铂金通道作为TFT玻璃或者盖板玻璃生产过程中重要的工艺环节,承载着玻璃澄
清、均化和料位控制的重要功能。在铂金通道中,铂金作为与玻璃接触的加热载体,
通过对铂金通道施加大电流使铂金通道本体产生大量的热能,完成玻璃液在不同的
工艺条件下的加工过程。本文针对铂金通道电加热系统进行设计与控制分析,上位
系统使用西门子的PCS7DCS(DistributedControlSystem)系统,功率器件使用
德国AE公司的Thyro-P带VSC(VoltageSequenceControl)调节功能的调功器,
通过对回路的调试,使系统满足工艺控制的要求。
1系统硬件组成
图1系统硬件组成图
如图1所示,在主回路上:铂金通道作为加热体,通过两端的法兰受电,法兰通
过铜排与变压器连接共同作为调功器的负载,为便于对铂金通道进行加热控制和负
荷分配,一般取单相电源作为调功器控制调节电源;控制回路上,在铂金通道上焊
接铂金热电偶作为温度传感器实现温度闭环控制,热电偶信号通过温度变送器变送
成4mA~20mA信号进入DCS系统,功率、电流、温度等设定通过Profibus
DP总线进行设定。在本地控制可以通过电位器给定实现,这样增加了系统操作的
便利性和安全性[1]。
2电加热参数选型
针对每一段的铂金通道,直接加热所需要的电压与电流决定了系统的加热能力,根
据能量守恒,电加热功率需要考虑到系统散热热量损失、法兰冷却带走的热量以及
玻璃液按设定温度吸收或带走的热量。在理想状态下,玻璃液升温和运行时所需要
的功率按以下公式计算:
(1)
(2)
式(1)、式(2)中:P1为升温期间所需要的功率,kW;P2为运行期间所需要的功率,
kW;c1为铂金通道的比热,J/(kg·K);m1为铂金通道的质量,kg;α为保温材
料占通道比重,为常数;c2为保温材料的比热,J/(kg·K);m2为保温材料的质量,
kg;c3为玻璃液的比热,J/(kg·K);m3为每小时玻璃液的流量,kg/h;ΔT为每
小时上升的温度,℃;Q散热为运行时每小时的散热量,kW/h。
对于铂金通道的散热可以从通道表面散热Qs和法兰冷却水散热Qw两方面来考虑,
铂金通道表热散,可以依式(3)、式(4)计算:
Qs=[ΔT×λ÷δ×S]×1000
(3)
(4)
式中:λ为保温材料的导热系数,W/(m·K);δ为保温材料的厚度,m;S为系统的
散热面积,m2;c4为冷却水的比热,J/(kg·K);m4为每小时冷却水的流量,kg/h;
ΔT为冷却水的进出水温差。
根据电阻公式可以得知铂金通道在升温和运行状态下的电阻值,依据功率公式
P=I2R代入式(1)~式(4)可以分别计算出在升温和运行期间所需要的电流,取电流
较大值并与设计余量系数相乘得到铂金通道电加热电流设计值。根据此设计值以及
外围电路损耗等可以确定电加热系统的最大输出电压,从而确定了该回路的变压器
参数等。例如当变压器需求为380V/15V,6000A(二次侧电流),考虑到反向电压
作用以及功率余量,调功器的输入电压等级适当提高,因此调功器选型为500
V,280A(一次侧电压/电流)。
3调功器的控制分析
3.1调功器的触发方式选择
铂金通道温度控制精度直接影响玻璃的质量,而玻璃的流动对温度响应的快慢又提
出了更高的要求,对于这种温度迟滞而系统响应又要快的系统,调功器的控制方式
选择至关重要。对于变压器负载,首先要保证调功器的输出要有快速响应
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