一种沥青混合料搅拌站的热骨料温度控制装置及方法与流程

本发明属于生产过程先进控制领域，特别涉及一种沥青混合料搅拌站的热骨料温度控制装置及方法。

背景技术：

沥青混合料搅拌站中热骨料的温度控制是生产高质量沥青混合料的关键因素之一，整个沥青混合料搅拌过程对于热骨料温度的要求非常高。沥青混合料搅拌过程中，热骨料温度影响沥青混合料的质量：热骨料温度过低，最终沥青混合料的温度也会降低，影响摊铺和碾压质量，造成拌和不均匀和碾压困难的情况；热骨料温度过高，沥青混合料则会过热老化，粘结力降低，摊铺后离析现象严重。

沥青混合料搅拌站将六种不同规格的石料装入对应的冷骨料仓内，经过平皮带、斜皮带运送到干燥滚筒内。燃烧器提供大量的热风给干燥滚筒，干燥滚筒以逆流加热的方式将冷骨料烘干加热到一定温度，由于滚筒的转动，冷骨料被桶内的叶片反复提升、落下，使冷骨料与热空气充分接触，增强了换热的效果；干燥滚筒存在一定的倾角，冷骨料在加热的同时不断地向前移动；从滚筒出口出来后，由热骨料提升机提起，卸入到热骨料筛分机中。

沥青混合料搅拌站的常规的热骨料温度控制方法，未考虑干燥滚筒的大滞后特性，导致热骨料温度产生超调或者振荡；未考虑冷骨料进量多少对热骨料温度稳定的影响，导致热骨料温度存在波动；未考虑燃烧器加热响应速度缓慢，导致热骨料温度响应迟后。

技术实现要素：

针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种沥青混合料搅拌站的热骨料温度控制装置及方法。考虑沥青混合料搅拌站的热骨料温度控制中需要解决干燥滚筒大滞后特性对热骨料温度稳定的影响，冷骨料进量多少对热骨料温度稳定的影响，燃烧器加热响应速度缓慢这三个问题，设计了一种新的控制方法，使得沥青混合料搅拌站的热骨料温度控制在180℃±3℃范围内。

本发明所采用的技术方案是：

一种沥青混合料搅拌站的热骨料温度控制装置，

所述的热骨料温度控制装置由燃烧室温度副控制回路、大滞后补偿控制支路、流量补偿控制支路、冷骨料传送支路和热骨料温度主控制回路组成；

燃烧室温度副控制回路为由副控制器、D/A转换器、变频器、油泵、燃烧室、燃烧室温度检测传感器、A/D转换器1、比较器1依次相连所组成的回路；大滞后补偿控制支路由大滞后补偿控制器、比较器4组成；流量补偿控制支路由冷骨料流量检测传感器、A/D转换器3、流量补偿控制器组成；热骨料温度主控制回路主要由主控制器、热风管、干燥滚筒、热骨料温度检测传感器、A/D转换器2、比较器2组成；冷骨料传送支路主要由传送带、比较器3组成；

热骨料温度检测传感器用于测量热骨料的温度C1(s)，热骨料温度检测传感器的输出端连接A/D转换器2的输入端；

燃烧室温度检测传感器用于测量燃烧室的温度C2(s)，燃烧室温度检测传感器的输出端连接A/D转换器1的输入端，A/D转换器1的输出端连接比较器1的输入端及大滞后补偿控制器的输入端；

冷骨料流量检测传感器用于测量冷骨料的流量，冷骨料流量检测传感器的输出端连接A/D转换器3的输入端，A/D转换器3的输出端连接流量补偿控制器的输入端；

比较器4分别与A/D转换器2、大滞后补偿控制器、比较器2相连；比较器4将A/D转换器2输出的热骨料温度测量值PV3(s)与大滞后补偿控制器输出的大滞后补偿值PV5(s)相加得到主反馈信号PV1(s)；主反馈信号PV1(s)输入到比较器2的输入端，比较器2的输出与主控制器的输入端相连，比较器2将热骨料温度设定值SV1(s)与主反馈信号PV1(s)相减，得到主偏差值E1(s)；主偏差值E1(s)输入到主控制器的输入端，主控制器输出的主控制量V1(s)输入到比较器1的输入端，比较器1的输出与流量补偿控制器的输入端相连，比较器1将主控制量V1(s)与流量补偿控制器输出的流量补偿值PV4(s)相加，然后再减去A/D转换器1输出的燃烧室温度测量值PV2(s)，得到副偏差值E2(s)；

副偏差值E2(s)输入到副控制器的输入端，副控制器输出的副控制量V2(s)输入到D/A转换器的输入端，D/A转换器的输出量输送到变频器的输入端，变频器的输出V3(s)输送到油泵的输入端，V3(s)控制油泵的转速以改变进油量V4(s)，燃料油进入到燃烧室进行燃烧；燃烧室产生的热空气输送到热风管的输入端，热风管连接比较器3，比较器3连接干燥滚筒的输入端，热风管的输出V5(s)与传送带送入的冷骨料V6(s)相加混合得到E3(s)，E3(s)输送到干燥滚筒的输入端，在干燥滚筒中混合加热，最后干燥滚筒输出达到设定温度的热骨料。

采用上述热骨料温度控制装置的控制方法，包括以下步骤：

(1)建立控制装置中执行元件的数学模型：D/A转换器和变频器的传递函数为K1为G1(s)的增益，T1为G1(s)的惯性时问常数，τ1为G1(s)的一阶微分时间常数；油泵的传递函数为K2为G2(s)的增益，T2为G2(s)的惯性时问常数，τ2为G2(s)的一阶微分时间常数；传送带的传递函数为K3为G3(s)的增益，T3为G3(s)的惯性时问常数；

(2)建立控制装置中反馈元件的数学模型：热骨料温度检测传感器和A/D转换器2的传递函数为K4为H1(s)的增益，T4为H1(s)的惯性时问常数；燃烧室温度检测传感器和A/D转换器1的传递函数为K5为H2(s)的增益，T5为H2(s)的惯性时问常数；骨料流量检测传感器和A/D转换器3的传递函数为K6为H3(s)的增益，T6为H3(s)的惯性时问常数；

(3)建立控制装置中被控对象的数学模型：热风管的传递函数为Gp11(s)＝K7，K7为Gp11(s)的增益；干燥滚筒的传递函数为K8为Gp12(s)的增益，T8为Gp12(s)的惯性时问常数，τ为Gp12(s)的滞后时问常数；燃烧室的传递函数为K9为Gp2(s)的增益，T9为Gp2(s)的惯性时问常数；

(4)设计燃烧室温度副控制回路中副控制器的传递函数Gc2(s)为：

Gc2(s)＝K10，K10为副控制器的比例系数；

设计热骨料温度主控制回路中主控制器的传递函数Gc1(s)为：

Kp是主控制器比例系数，Ki是主控制器积分系数，Kd是主控制器微分系数；

设计大滞后补偿控制器的传递函数Gc3(s)为：

设计流量补偿控制器的传递函数Gc4(s)为：

执行步骤为：

(1)设定热骨料温度设定值SV1(s)；

(2)获取干燥滚筒出口处热骨料温度C1(s)、燃烧室温度C2(s)和冷骨料的流量N(s)；

(3)计算热骨料温度测量值PV3(s)＝H1(s)C1(s)，燃烧室温度测量值PV2(s)＝H2(s)C2(s)；计算大滞后补偿控制器输出的大滞后补偿值PV5(s)＝GC3(s)PV2(s)，克服干燥滚筒的大滞后特性对热骨料温度C1(s)的影响；流量补偿控制器输出的流量补偿值PV4(s)＝Gc4(s)H3(s)N(s)，补偿冷骨料流量N(s)变化对热骨料温度C1(s)的影响；

(4)计算主偏差值E1(s)＝SV1(s)-PV1(s)＝SV1(s)-PV3(s)-PV5(s)，主控制器输出的主控制量V1(s)＝Gc1(s)E1(s)，积分控制提高热骨料温度C1(s)的控制精度；计算副偏差值E2(s)＝V1(s)+PV4(s)-PV2(s)，副控制器输出的副控制量V2(s)＝Gc2(s)E2(s)，比例控制加快燃烧器加热响应速度；

(5)控制燃烧室的进油量V4(s)。

本发明方法的有益效果是：使用大滞后补偿控制支路补偿主回路控制对象(干燥滚筒)中的纯滞后τ，减少纯滞后特性引起的控制超调或振荡；使用流量补偿控制支路消除冷骨料量扰动的影响；使用串级控制，通过副控制回路快速响应控制油泵输油量，提高热骨料温度的稳定性。

附图说明

图1是一种沥青混合料搅拌站的热骨料温度控制方法的控制结构图。

图中：SV1(s)为热骨料温度设定值，C1(s)为热骨料温度，C2(s)为燃烧室的温度，PV1(s)为主反馈信号，PV1(s)＝PV3(s)+PV5(s)，PV3(s)为热骨料温度测量值，PV5(s)为大滞后补偿值，PV2(s)为燃烧室温度测量值，PV4(s)为流量补偿值，E1(s)为主偏差值，V1(s)为主控制量，E2(s)为副偏差值，V2(s)为副控制量，V3(s)为变频器的输出，V4(s)为进油量，V5(s)为热风管的输出值，V6(s)为冷骨料，E3(s)＝V5(s)+V6(s)；G1(s)为D/A转换器和变频器的传递函数，G2(s)为油泵的传递函数，G3(s)为传送带的传递函数，H1(s)为热骨料温度检测传感器和A/D转换器2的传递函数，H2(s)为燃烧室温度检测传感器和A/D转换器1的传递函数，H3(s)为骨料流量检测传感器和A/D转换器3的传递函数，Gp11(s)为热风管的传递函数，Gp12(s)为干燥滚筒的传递函数，Gp2(s)为燃烧室的传递函数；Gc1(s)为主控制器的传递函数，Gc2(s)为副控制器的传递函数，Gc3(s)为大滞后补偿控制器的传递函数，Gc4(s)为流量补偿控制器的传递函数，N(s)为冷骨料的流量。

图2是一种沥青混合料搅拌站的热骨料温度控制方法的控制装置组成图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

参照附图1，一种沥青混合料搅拌站的热骨料温度控制方法包括以下步骤：

步骤1，建立D/A转换器和变频器的传递函数G1(s)，油泵的传递函数G2(s)，传送带的传递函数G3(s)，热骨料温度检测传感器和A/D转换器2的传递函数H1(s)，燃烧室温度检测传感器和A/D转换器1的传递函数H2(s)，骨料流量检测传感器和A/D转换器3的传递函数H3(s)，热风管的传递函数Gp11(s)，干燥滚筒的传递函数Gp12(s)，燃烧室的传递函数Gp2(s)；设计燃烧室温度副控制回路中副控制器的传递函数Gc2(s)，热骨料温度主控制回路中主控制器的传递函数Gc1(s)，大滞后补偿控制器的传递函数Gc3(s)，流量补偿控制器的传递函数Gc4(s)；

步骤2，设定热骨料温度设定值SV1(s)；

步骤3，使用铂电阻温度传感器检测热骨料温度，得到控制器可以处理的热骨料温度测量值PV3(s)。

步骤4，使用红外温度传感器检测燃烧室温度，得到控制器可以处理的燃烧室温度测量值PV2(s)；

步骤5，使用流量传感器检测冷骨料流量；

步骤6，计算大滞后补偿控制器输出的大滞后补偿值PV5(s)＝GC3(s)PV2(s)，克服干燥滚筒的大滞后特性对热骨料温度C1(s)的影响；计算流量补偿控制器输出的流量补偿值PV4(s)＝Gc4(s)H3(s)N(s)，补偿冷骨料流量N(s)变化对热骨料温度C1(s)的影响；

步骤7，计算主偏差值E1(s)＝SV1(s)-PV1(s)＝SV1(s)-PV3(s)-PV5(s)，主控制器输出的主控制量V1(s)＝Gc1(s)E1(s)；计算副偏差值E2(s)＝V1(s)+PV4(s)-PV2(s)，副控制器输出的副控制量V2(s)＝Gc2(s)E2(s)；

步骤8，控制燃烧室的进油量V4(s)。

燃烧室产生的热空气经热风管送到干燥滚筒去加热由传送带送入的冷骨料，干燥滚筒最后输出达到设定温度的热骨料。

以上是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于发明技术方案的范围内。