蓄热式辐射管的温度控制方法及装置与流程

本发明涉及辐射管技术领域，特别涉及一种蓄热式辐射管的温度控制方法及装置。

背景技术：

相关技术，蓄热式辐射管温度控制的核心是稳定的控制燃气控制阀和空气调节阀，如通过PID(proportion、integral、derivative，比例、积分、导数)控制实现。

然而，PID的积分环节主要用于消除静差，但对系统的动态性能有不良影响。例如，在启动结束或大幅度增加或减少时，短时间系统会有很大输出，但由于积分累积的作用，导致控制量超时，这样执行机构可能运行最大动作范围的极限控制量，从而引起系统较大的超调，甚至会引起系统较大的震荡，降低了控制的准确度。

另外，在蓄热式辐射管的工业炉内，由于受热不均和空燃比配置不当等原因，偶尔会造成辐射管烧穿，进而导致生产事故。但是，在相关技术中，一般认为辐射管的表面温度存在50℃～100℃的温差，由于使用中存在千差万别的情况，导致实际辐射管会存在更高的温差，因此辐射管上任何一个位置的温度都不能实际反应整根辐射管的情况，若只设置一个温度检测点，易导致超温报警错过判断超温时间点，进而产生故障，尤其是U型辐射管和W型辐射管，无法有效保证稳定性和可靠性。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种蓄热式辐射管的温度控制方法，该方法可以消除PID控制对系统的不良影响，提高控制的准确度。

本发明的另一个目的在于提出一种蓄热式辐射管的温度控制装置。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种蓄热式辐射管的温度控制方法，包括以下步骤：采集辐射管的温度；判断燃气是否切断；如果是，则根据所述辐射管的温度和目标温度对燃气控制阀和空气调节阀的开度进行比例、微分控制。

本发明实施例的蓄热式辐射管的温度控制方法，在燃气被切断时，可以根据辐射管的温度和目标温度对燃气控制阀和空气调节阀的开度进行比例、微分控制，从而消除PID控制对系统的不良影响，提高控制的准确度，提高辐射管的燃烧效率，有效保证系统的运行稳定性，进一步保证设备的可靠性。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述采集辐射管的温度，进一步包括：检测所述辐射管上多个温度检测点的温度；若检测获知所述多个温度检测点的温度满足预设条件，则根据所述多个温度检测点的温度和对应的预设权值得到所述辐射管的温度。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述辐射管包括第一蓄热体和第二蓄热体，其中，所述多个温度检测点至少包括第一温度检测点、第二温度检测点和第三温度检测点，所述第一温度检测点为所述辐射管的中间点，所述第二温度检测点为所述辐射管的中间点和所述第一蓄热体之间的温度最高点，所述第三温度检测点为所述辐射管的中间点和所述第二蓄热体之间的温度最高点。

进一步地，在本发明的一个实施例中，在所述检测所述辐射管上多个温度检测点的温度之后，还包括：如果所述多个温度检测点中任意一个的温度大于第一预设温度值，则报警，并且持续报警时间大于第一预设时间值，则切断燃气；或者，如果所述多个温度检测点中任意一个的温度大于第二预设温度值，则切断所述燃气，其中，所述第二预设温度值大于所述第一预设温度值；或者，如果所述多个温度检测点的温度在预设时间内的变化值大于预设阈值，则报警。

进一步地，在本发明的一个实施例中，根据以下公式进行比例、微分控制：

其中，T_β＝0为积分分离时间，且在所述燃气切断时，T_β＝0为所述燃气控制阀关断时间，β为积分系数，其中，在T_β＝0时间内，β等于0，否则β等于1，T为采样时间。

为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种蓄热式辐射管的温度控制装置，采用上述的方法，其中，装置包括：采集模块，用于采集辐射管的温度；判断模块，用于判断燃气是否切断；控制模块，当燃气切断时，用于根据所述辐射管的温度和目标温度对燃气控制阀和空气调节阀的开度进行比例、微分控制。

本发明实施例的蓄热式辐射管的温度控制装置，在燃气被切断时，可以根据辐射管的温度和目标温度对燃气控制阀和空气调节阀的开度进行比例、微分控制，从而消除PID控制对系统的不良影响，提高控制的准确度，提高辐射管的燃烧效率，有效保证系统的运行稳定性，进一步保证设备的可靠性。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述采集模块包括：检测单元，用于检测所述辐射管上多个温度检测点的温度；获取单元，当检测获知所述多个温度检测点的温度满足预设条件时，用于根据所述多个温度检测点的温度和对应的预设权值得到所述辐射管的温度。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述辐射管包括第一蓄热体和第二蓄热体，其中，所述多个温度检测点至少包括第一温度检测点、第二温度检测点和第三温度检测点，所述第一温度检测点为所述辐射管的中间点，所述第二温度检测点为所述辐射管的中间点和所述第一蓄热体之间的温度最高点，所述第三温度检测点为所述辐射管的中间点和所述第二蓄热体之间的温度最高点。

进一步地，在本发明的一个实施例中，上述装置还包括：报警保护模块，在所述检测所述辐射管上多个温度检测点的温度之后，当所述多个温度检测点中任意一个的温度大于第一预设温度值时，用于报警，并且持续报警时间大于第一预设时间值，切断燃气；或者，当所述多个温度检测点中任意一个的温度大于第二预设温度值时，切断所述燃气，其中，所述第二预设温度值大于所述第一预设温度值；或者，当所述多个温度检测点的温度在预设时间内的变化值大于预设阈值，报警。

进一步地，在本发明的一个实施例中，根据以下公式进行比例、微分控制：

其中，T_β＝0为积分分离时间，且在所述燃气切断时，T_β＝0为所述燃气控制阀关断时间，β为积分系数，其中，在T_β＝0时间内，β等于0，否则β等于1，T为采样时间。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明一个实施例的蓄热式辐射管的温度控制系统的结构示意图；

图2为根据本发明实施例的蓄热式辐射管的温度控制方法的流程图；

图3为根据本发明一个实施例的蓄热式辐射管的温度控制方法的流程图；

图4为根据本发明实施例的蓄热式辐射管的温度控制装置的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面在描述根据本发明实施例提出的蓄热式辐射管的温度控制方法及装置之前，先来简单描述一下准确控制蓄热式辐射管的温度的重要性。

目前，蓄热式辐射管作为加热源广泛应用于工业加热炉中，蓄热式辐射管燃烧系统的燃烧方式如：首先冷空气先经A烧嘴的蓄热体加热，其与燃气混合燃烧，其次由辐射管中的热烟气实现加热，并且经B烧嘴的蓄热体后排出，其中，经过设定的时间后，通过专用阀门控制来实现空气、热烟气流动方向的变换以及燃气的通断，以及冷空气由B烧嘴流入，并且热烟气经过A烧嘴的蓄热体后排出。冷空气和热烟气如此交替地流经A烧嘴和B烧嘴的蓄热体，进而通过蓄热体交换热量，空气可以预热到接近辐射管管壁温度，即通过烟气温度降低，实现了烟气热量的回收。

其中，对辐射管的温度控制采用一般的PID温度控制，如在辐射管上设置一个温度检测点，因此采集的辐射管温度只设置一个超温报警，以在超温后直接停止辐射管的燃气切断阀。

然而，相关技术中存在以下缺陷：

1)未按照蓄热式辐射管的特点进行设计，即由于积分累积的作用，致使控制量超时，执行机构可能运行最大动作范围的极限控制量，引起系统较大的超调，甚至引起系统较大的震荡，导致控制出现偏差，达不到预期效果。

2)、辐射管表面的温度不是均匀的，如果只设置一个测温点，不能同时反映辐射管两个燃烧器的情况，而且将测点放在辐射管的中间位置，则不会测得辐射管温度的最高值，从而错过判断实际超温的情况而产生故障，特别是U型辐射管，W型辐射管。

本发明正式基于上述问题，而提出了一种蓄热式辐射管的温度控制方法及装置。

图1是本发明一个实施例的蓄热式辐射管的温度控制系统的结构示意图。

需要说明的是，本发明的以下部分以图1所示的系统为例，将对蓄热式辐射管的温度控制进行详细介绍。虽然以下实施例以图中辐射管为例，但是本领域技术人员应当理解的是，对于类似的辐射管都可以通过以下类似的方式进行配置。

如图1所示，该系统包括：鼓风机1、压力变送器2、空气流量变送器3、空气调节阀4、空气烟气换向四通阀5、点火风机6、燃气流量变送器7、燃气控制阀8、燃气切断阀9、蓄热式辐射管10、测温电偶11、烟气调节阀12和引风机13。

具体地，蓄热式辐射管10包括A烧嘴和B烧嘴。空气烟气换向四通阀5用于换向，燃气切断阀9控制燃气燃烧。A烧嘴和B烧嘴的蓄热体用以蓄热，其中，A烧嘴和B烧嘴在辐射管10工作状态时保持正常燃烧，可以通过两个火焰监测仪分别监测两侧点火火焰。

进一步地，辐射管燃气管道上可以设有流量传感器和控制向辐射管10提供燃气的燃气控制阀8，同理空气管道上设有流量传感器和控制向辐射管10提供空气的空气调节阀4，从而通过控制燃气控制阀9和空气调节阀4的开启度，实现控制供辐射管燃烧的燃气和空气的流量的目的。

进一步地，辐射管10上可以设有至少三个测温热电偶11以测量温度，其中，可以通过模拟仿真和实验实测综合分析，布置在在辐射管表面合理位置上，下面会进行详细描述。

另外，辐射管10可以设有空气压力传感器、燃气压力传感器、烟气压力传感器和控制烟气压力的烟气调节阀12，从而烟气调节阀12可以根据设定调节烟气管道的压力，保证辐射管内燃烧处在最佳的压力范围内。

需要说明的是，在该图1中辐射管的结构仅是示意性的，本发明并不仅限于这一种辐射管结构。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的蓄热式辐射管的温度控制方法及装置，首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的蓄热式辐射管的温度控制方法。

图2是本发明实施例的蓄热式辐射管的温度控制方法的流程图。

如图2所示，该蓄热式辐射管的温度控制方法包括以下步骤：

在步骤S201中，采集辐射管的温度。

采集辐射管的温度的方式可以有很多种，例如上述的测温热电偶测量温度，在此不作具体限制。

其中，在本发明的一个实施例中，采集辐射管的温度，进一步包括：检测辐射管上多个温度检测点的温度；若检测获知多个温度检测点的温度满足预设条件，则根据多个温度检测点的温度和对应的预设权值得到辐射管的温度。

可以理解的是，辐射管的表面的温度不是均匀的，为了更好地反馈辐射管的当前状态，本发明实施例可以通过多个温度检测点测得温度，其中，温度检测点可以布置在在辐射管表面合理位置上，其中，布置位置可以通过模拟仿真和实验实测综合分析，在此不作具体限制。需要说明的是，预设权值可以根据实际情况进行设置，如权值可以根据辐射管工艺设置不同的值，当有测温热电偶故障时可以将其权值设置为0，从而对系统产生的影响会降低到最低程度。

另外，如果多个温度检测点检测的温度满足一定条件，则进行加权平均值，即平均计算不能是简单的算术平均值，必须是加权平均值；如果多个温度检测点检测的温度不满足一定条件，则进行报警，下面会进行详细描述。

进一步地，在本发明的一个实施例中，辐射管包括第一蓄热体和第二蓄热体，其中，多个温度检测点至少包括第一温度检测点、第二温度检测点和第三温度检测点，第一温度检测点为辐射管的中间点，第二温度检测点为辐射管的中间点和第一蓄热体之间的温度最高点，第三温度检测点为辐射管的中间点和第二蓄热体之间的温度最高点。

可以理解的是，在辐射管表面布置至少三个温度检测点，包括辐射管的中间点以及两个蓄热体和中间点之间的温度最高点，

举例而言，首先要对温度检测点采集的温度数据进行处理，如三个热电偶的测量值分别是T₁、T₂、T₃，并且三个热电偶测量的温度值的权值分别是ω₁、ω₂、ω₃，其中，ω₁、ω₂、ω₃分别测量辐射管左侧温度的最高点、辐射管中间位置、辐射管右侧温度的最高点。需要说明的是，由于ω₁和ω₃测量辐射管升温的位置，因此温度值容易升高和降低，而ω₂相对稳定，所以ω₂要高于ω₁和ω₃。即言，辐射管的温度为：

另外，辐射管可以用在加热炉内作为加热源，因此可以采集加热炉的温度，从而将加热炉的温度也作为一个重要来源加以权值，有效提高控制的准确度。

在步骤S202中，判断燃气是否切断。

需要说明的是，针对于蓄热式辐射管的换向特性，在换向交替的前后短时间内，燃气切断阀是不打开的，换向时间的PID积算需要做区别对待，在这段不进行燃烧和燃烧不稳定的时间段内，PID计算不进行积分运算，从而使辐射管燃烧尽可能的保持稳定。

在步骤S203中，如果是，则根据辐射管的温度和目标温度对燃气控制阀和空气调节阀的开度进行比例、微分控制。

进一步地，在本发明的一个实施例中，根据以下公式进行比例、微分控制：

其中，T_β＝0为积分分离时间，且在燃气切断时，T_β＝0为燃气控制阀关断时间，β为积分系数，其中，在T_β＝0时间内，β等于0，否则β等于1，T为采样时间。

也就是说，当燃气切断时，根据辐射管的温度和目标温度对燃气控制阀和空气调节阀的开度进行比例、微分控制，但当燃气未切断时，根据辐射管的温度和目标温度对燃气控制阀和空气调节阀的开度进行比例、微分、积分控制，即PID控制。

其中，PID控制中引入积分环节，主要是为了消除静差，提高控制精度，但是燃气切断时进行积分分离，即当偏差较大时，取消积分作用，当被控量接近给定值时，再引入积分控制，以减小静差。可以理解的是，本发明实施例的分时段积分分离PID算法具体为：

其中，T_β＝0为积分分离时间，且在燃气切断时，T_β＝0为燃气控制阀关断时间，β为积分系数，其中，在T_β＝0时间内，β等于0，否则β等于1，T为采样时间。

在本发明的实施例中，蓄热式辐射管的PID温度控制可以根据辐射管需要频繁换向的特点作相应的调整，不但满足加热工艺的需要，而且不会造成燃料的浪费，同时具备降低燃耗、稳定工艺、提高产品质量、减少环境污染等特点。

另外，在本发明的一个实施例中，如图3所示，在检测辐射管上多个温度检测点的温度之后，本发明实施例的控制方法还包括：如果多个温度检测点中任意一个的温度大于第一预设温度值，则报警，并且持续报警时间大于第一预设时间值，则切断燃气；或者，如果多个温度检测点中任意一个的温度大于第二预设温度值，则切断燃气，其中，第二预设温度值大于第一预设温度值；或者，如果多个温度检测点的温度在预设时间内的变化值大于预设阈值，则报警。

如图3所示，在此对各种报警保护保障使用安全即温度报警处理进行详细描述。需要说明的是，第一预设温度值、第一预设时间值、第二预设温度值和预设阈值可以由本领域技术人员根据实际情况进行设置。

例如，对每个温度检测点设置高温报警。具体地，当测得辐射管温度超过高温报警设定值时，立即报警，并且如果辐射管长期工作在该工况下，可能出现辐射管烧穿的情况，因此进一步设定高温报警延迟时间，如果超温报警持续时间超过延迟时间，立即控制燃气切断阀切断燃气，从而停止辐射管的加热，如只通换向助燃空气则辐射管就不会继续升温，相当于辐射管处于降温阶段。

又例如，对每个温度检测点设置超高温报警。具体地，超高温报警设定值高于高温报警设定值，即当测得辐射管温度超过超温报警设定值，则辐射管会在较短时间内出现烧穿的情况，所以必须及时切断供热源，立即控制燃气切断阀切断燃气，从而停止辐射管的加热，同理，只通换向助燃空气则辐射管就不会继续升温，使辐射管开始降温。

又例如，对每个温度检测点设置瞬时升/降温报警。具体地，如果辐射管所有测温传感器同时在极短时间内出现升温和降温，则说明辐射管内部或外部出现了较大波动，发出报警信号，从而可以由操作人员判断并做出下一步处理。

又例如，对各种压力、温度、流量超限和火焰监测报警。具体地，对于压力、温度、流量的数据变送器采集的数据和火焰监测反馈信号进行判断，如果超过高限值或低于低限值，则发出报警信号，从而可以根据报警类型及可能危害程度做出不同的处理。

根据本发明实施例的蓄热式辐射管的温度控制方法，在燃气被切断时，可以根据辐射管的温度和目标温度对燃气控制阀和空气调节阀的开度进行比例、微分控制，从而消除PID控制对系统的不良影响，提高控制的准确度，提高辐射管的燃烧效率，有效保证系统的运行稳定性，进一步保证设备的可靠性，并且可以保证使用安全，不但满足控制工艺的需要，而且不会造成燃料的浪费，具备降低燃耗、稳定工艺、提高产品质量、减少环境污染等特点，提高使用体验，简单易实现。

其次参照附图描述根据本发明实施例提出的蓄热式辐射管的温度控制装置。

图4是本发明实施例的蓄热式辐射管的温度控制装置的结构示意图。

如图4所示，该蓄热式辐射管的温度控制装置100包括：采集模块101、判断模块102和控制模块103。

其中，采集模块101用于采集辐射管的温度。判断模块102用于判断燃气是否切断。当燃气切断时，控制模块103用于根据辐射管的温度和目标温度对燃气控制阀和空气调节阀的开度进行比例、微分控制。本发明实施例的温度控制装置100可以消除PID控制对系统的不良影响，提高控制的准确度，提高辐射管的燃烧效率，有效保证系统的运行稳定性，进一步保证设备的可靠性。

进一步地，在本发明的一个实施例中，采集模块101包括：检测单元和获取单元。

其中，检测单元用于检测辐射管上多个温度检测点的温度。当检测获知多个温度检测点的温度满足预设条件时，获取单元用于根据多个温度检测点的温度和对应的预设权值得到辐射管的温度。

进一步地，在本发明的一个实施例中，辐射管包括第一蓄热体和第二蓄热体，其中，多个温度检测点至少包括第一温度检测点、第二温度检测点和第三温度检测点，第一温度检测点为辐射管的中间点，第二温度检测点为辐射管的中间点和第一蓄热体之间的温度最高点，第三温度检测点为辐射管的中间点和第二蓄热体之间的温度最高点。

进一步地，在本发明的一个实施例中，本发明实施例的装置100还包括：报警保护模块。其中，在检测辐射管上多个温度检测点的温度之后，当多个温度检测点中任意一个的温度大于第一预设温度值时，报警保护模块用于报警，并且持续报警时间大于第一预设时间值，切断燃气。或者，当多个温度检测点中任意一个的温度大于第二预设温度值时，报警保护模块切断燃气，其中，第二预设温度值大于第一预设温度值。或者，当多个温度检测点的温度在预设时间内的变化值大于预设阈值，报警保护模块报警。

进一步地，在本发明的一个实施例中，根据以下公式进行比例、微分控制：

其中，T_β＝0为积分分离时间，且在燃气切断时，T_β＝0为燃气控制阀关断时间，β为积分系数，其中，在T_β＝0时间内，β等于0，否则β等于1，T为采样时间。

需要说明的是，前述对蓄热式辐射管的温度控制方法实施例的解释说明也适用于该实施例的蓄热式辐射管的温度控制装置，此处不再赘述。

根据本发明实施例的蓄热式辐射管的温度控制装置，在燃气被切断时，可以根据辐射管的温度和目标温度对燃气控制阀和空气调节阀的开度进行比例、微分控制，从而消除PID控制对系统的不良影响，提高控制的准确度，提高辐射管的燃烧效率，有效保证系统的运行稳定性，进一步保证设备的可靠性，并且可以保证使用安全，不但满足控制工艺的需要，而且不会造成燃料的浪费，具备降低燃耗、稳定工艺、提高产品质量、减少环境污染等特点，提高使用体验，简单易实现。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。