【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于天然气管道控制，具体为玻璃窑炉中天然气管道的恒温控制系统及其控制方法。
技术介绍
1、玻璃窑炉通常由熔化池、燃烧系统、供料装置、冷却装置等部分组成。它是一个复杂的高温系统，通过精确控制温度、压力和气氛等工艺参数，确保玻璃原料能够充分熔化并达到所需的品质。玻璃窑炉中天然气管道是玻璃生产过程中至关重要的组成部分，它们负责将天然气这一高效、环保的热源输送到窑炉内，以熔化玻璃原料。
2、当外界温度发生波动时，玻璃窑炉内天然气燃烧产生的热量会随之变化，进而导致窑炉内部温度不稳定。这种温度的不稳定直接影响到玻璃的熔化过程，容易造成产品出现条纹、结石、气泡等质量缺陷，这对于追求高质量标准的玻璃产品而言，影响尤为显著。为了应对这一问题，当前的天然气系统通过精确调整闸板开度来控制天然气的流量，从而力求保持炉内温度的相对稳定。然而，调节过程极具挑战性，外界温度的持续变化依然会显著干扰炉内温度的稳定，这对玻璃产品的质量构成了严重威胁。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供玻璃窑炉中天然气管道的恒温控制系统及其控制方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
2、为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：玻璃窑炉中天然气管道的恒温控制系统，包括系统架构设计、温度控制模块、流量调节模块、安全与报警机制模块、用户界面与远程监控模块，所述系统架构设计包括硬件组件，所述硬件组件包括温度传感器、流量计、调节阀、plc控制器、hmi触摸屏，所述流量调节模块包括流量调节逻辑，所
3、作为本专利技术进一步的技术方案，所述温度传感器的型号为k型热电偶，且数量为5个，分别安装于炉头、炉中、炉尾及进气口，且固定在炉壁，并使用陶瓷材料绝缘，所述流量计的信号为dn50电磁流量计，安装位置位于天然气管道的进气口，输出信号为4-20ma模拟输出，所述调节阀的型号为dn50电动球阀，控制方式为与plc连接，响应时间小于0.5秒，回馈信号为4-20ma阀位反馈，所述plc控制器的型号为西门子s7-1200，并使用step 7编写控制程序，所述hmi触摸屏的型号为西门子tp700，并用于实时监控和参数设置。
4、作为本专利技术进一步的技术方案，所述数据采集包括使用plc每秒读取温度传感器的数据，保存为数组t[n]，n为传感器编号(0-4)，所述卡尔曼滤波是一种递归算法，用于估计动态系统的状态，其基本步骤包括：预测阶段：利用上一状态估计值和协方差来预测当前状态和协方差，更新阶段：根据测量值更新预测结果，计算卡尔曼增益，并用它来修正预测的状态和协方差，以得到更精确的当前状态估计。
5、作为本专利技术进一步的技术方案，所述pid控制算法用于控制系统的输出，以减少设定值与实际测量值之间的误差，该算法由三个部分组成：比例控制(p)：根据当前误差生成输出，积分控制(i)：对误差进行积分，消除稳态误差，微分控制(d)：根据误差的变化率预测未来误差，改善系统的响应，且结合这三种控制方式，使得pid控制器能够精确调节系统行为。
6、作为本专利技术进一步的技术方案，所述流量调节逻辑包括在温度控制系统中，根据当前温度与设定温度的比较来调节流量，如果当前温度低于设定值，增加流量，如果高于设定值，减少流量，流量的调节需要确保在预设的最大和最小值之间。
7、作为本专利技术进一步的技术方案，所述温度阈值包括高温阈值和低温阈值，所述高温阈值为1300℃，所述低温阈值为1200℃，所述报警逻辑包括系统设定高温和低温报警阈值，若当前温度超出这些阈值，将触发相应的报警机制，以提醒操作人员采取必要措施。
8、作为本专利技术进一步的技术方案，所述紧急停机逻辑包括为了防止危险情况的发生，系统会监测温度和流量，如果当前温度超过高温阈值或者流量低于设定的最小值，系统将自动关闭紧急切断阀，以确保安全。
9、作为本专利技术进一步的技术方案，所述数据展示包括实时显示温度t[n]，流量flow_rate，阀位valve_position，提供温度设定set_temp和流量设定set_flow_rate功能。
10、作为本专利技术进一步的技术方案，所述历史数据存储包括系统会定期记录历史数据，包括时间戳、温度和流量，为防止数据过多，系统限制保留30天内的数据，超出范围的数据将被删除。
11、玻璃窑炉中天然气管道的恒温控制系统的控制方法，包含以下步骤：
12、s1：系统初始化，确定设定温度及流量范围，包括高温和低温报警阈值，初始化pid控制器的参数，设置紧急切断阀的工作状态为“关闭”，启动数据记录功能，设定记录周期及保存期限为30天；
13、s2：实时监测，定期读取当前温度和流量传感器数据，记录读取的时间戳、温度和流量数据，并存储在数据记录系统中，检查数据记录是否超过30天，若超过，则删除旧数据；
14、s3：温度控制，计算当前温度与设定温度之间的误差，误差＝设定温度-当前温度，应用pid控制器计算输出流量，计算比例、积分和微分部分，综合这三部分得到控制输出流量，将计算得出的流量值调整至流量调节阀；
15、s4：流量控制，检查当前流量是否在设定的最大和最小值之间，若当前流量低于最小值，则增加流量至设定值，若当前流量高于最大值，则减少流量至设定值，将调整后的流量值发送给流量调节系统；
16、s5：报警机制，实时监测当前温度与高温、低温报警阈值的比较，若当前温度高于高温阈值，则触发高温报警，若当前温度低于低温阈值，则触发低温报警，触发报警时，发送警报信息至操作人员，并记录报警事件；
17、s6：紧急切断阀控制，在任何时刻监测当前温度和流量，若温度超过高温阈值或流量低于最小设定值，则执行紧急切断阀控制，将紧急切断阀状态设定为“关闭”，并记录切断事件，在紧急切断阀关闭后，通知操作人员；
18、s7：系统反馈与调整，定期评估控制，效果，分析温度和流量的响应情况，根据评估结果，调整pid控制器参数以优化控制性能，进行系统维护与检查，确保所有传感器和阀门正常工作。
19、本专利技术的有益效果如下：
20、1、本专利技术通过集成温度传感器、流量计、调节阀、plc控制器和hmi触摸屏等硬件组件，系统能够实时采集并处理关键运行数据，包括温度、流量和阀位等，为精确控制提供了坚实基础，特别是采用卡尔曼滤波算法对温度数据进行预处理，有效滤除了外界干扰，提高了数据的准确性和可靠性，在控制策略上，系统运用了先进的pid控制算法，通过比例、积分和微分三个环节的协同作用，实现了对窑炉温度的精准调节，这种控制本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.玻璃窑炉中天然气管道的恒温控制系统，包括系统架构设计、温度控制模块、流量调节模块、安全与报警机制模块、用户界面与远程监控模块，所述系统架构设计包括硬件组件，所述硬件组件包括温度传感器、流量计、调节阀、PLC控制器、HMI触摸屏，所述流量调节模块包括流量调节逻辑，所述温度控制模块包括数据采集与处理、PID控制算法，所述数据采集与处理包括数据采集、卡尔曼滤波算法，所述安全与报警机制模块包括温度报警设置、紧急切断阀设计、所述温度报警设置包括温度阈值、报警逻辑、所述紧急切断阀设计包括紧急停机逻辑，所述用户界面与远程监控模块包括HMI界面设计、数据记录与上传、所述HMI界面设计包括数据展示、所述数据记录与上传包括历史数据存储。
2.根据权利要求1所述的玻璃窑炉中天然气管道的恒温控制系统，其特征在于：所述温度传感器的型号为K型热电偶，且数量为5个，分别安装于炉头、炉中、炉尾及进气口，且固定在炉壁，并使用陶瓷材料绝缘，所述流量计的信号为DN50电磁流量计，安装位置位于天然气管道的进气口，输出信号为4-20mA模拟输出，所述调节阀的型号为DN50电动球阀，控制方式为与PLC连接，
3.根据权利要求1所述的玻璃窑炉中天然气管道的恒温控制系统，其特征在于：所述数据采集包括使用PLC每秒读取温度传感器的数据，保存为数组T[n]，n为传感器编号(0-4)，所述卡尔曼滤波是一种递归算法，用于估计动态系统的状态，其基本步骤包括：预测阶段：利用上一状态估计值和协方差来预测当前状态和协方差，更新阶段：根据测量值更新预测结果，计算卡尔曼增益，并用它来修正预测的状态和协方差，以得到更精确的当前状态估计。
4.根据权利要求1所述的玻璃窑炉中天然气管道的恒温控制系统，其特征在于：所述PID控制算法用于控制系统的输出，以减少设定值与实际测量值之间的误差，该算法由三个部分组成：比例控制(P)：根据当前误差生成输出，积分控制(I)：对误差进行积分，消除稳态误差，微分控制(D)：根据误差的变化率预测未来误差，改善系统的响应，且结合这三种控制方式，使得PID控制器能够精确调节系统行为。
5.根据权利要求1所述的玻璃窑炉中天然气管道的恒温控制系统，其特征在于：所述流量调节逻辑包括在温度控制系统中，根据当前温度与设定温度的比较来调节流量，如果当前温度低于设定值，增加流量，如果高于设定值，减少流量，流量的调节需要确保在预设的最大和最小值之间。
6.根据权利要求1所述的玻璃窑炉中天然气管道的恒温控制系统，其特征在于：所述温度阈值包括高温阈值和低温阈值，所述高温阈值为1300℃，所述低温阈值为1200℃，所述报警逻辑包括系统设定高温和低温报警阈值，若当前温度超出这些阈值，将触发相应的报警机制，以提醒操作人员采取必要措施。
7.根据权利要求1所述的玻璃窑炉中天然气管道的恒温控制系统，其特征在于：所述紧急停机逻辑包括为了防止危险情况的发生，系统会监测温度和流量，如果当前温度超过高温阈值或者流量低于设定的最小值，系统将自动关闭紧急切断阀，以确保安全。
8.根据权利要求1所述的玻璃窑炉中天然气管道的恒温控制系统，其特征在于：所述数据展示包括实时显示温度T[n]，流量flow_rate，阀位valve_position，提供温度设定set_temp和流量设定set_flow_rate功能。
9.根据权利要求1所述的玻璃窑炉中天然气管道的恒温控制系统，其特征在于：所述历史数据存储包括系统会定期记录历史数据，包括时间戳、温度和流量，为防止数据过多，系统限制保留30天内的数据，超出范围的数据将被删除。
10.根据权利要求1所述的玻璃窑炉中天然气管道的恒温控制系统的控制方法，其特征在于：包含以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.玻璃窑炉中天然气管道的恒温控制系统，包括系统架构设计、温度控制模块、流量调节模块、安全与报警机制模块、用户界面与远程监控模块，所述系统架构设计包括硬件组件，所述硬件组件包括温度传感器、流量计、调节阀、plc控制器、hmi触摸屏，所述流量调节模块包括流量调节逻辑，所述温度控制模块包括数据采集与处理、pid控制算法，所述数据采集与处理包括数据采集、卡尔曼滤波算法，所述安全与报警机制模块包括温度报警设置、紧急切断阀设计、所述温度报警设置包括温度阈值、报警逻辑、所述紧急切断阀设计包括紧急停机逻辑，所述用户界面与远程监控模块包括hmi界面设计、数据记录与上传、所述hmi界面设计包括数据展示、所述数据记录与上传包括历史数据存储。
2.根据权利要求1所述的玻璃窑炉中天然气管道的恒温控制系统，其特征在于：所述温度传感器的型号为k型热电偶，且数量为5个，分别安装于炉头、炉中、炉尾及进气口，且固定在炉壁，并使用陶瓷材料绝缘，所述流量计的信号为dn50电磁流量计，安装位置位于天然气管道的进气口，输出信号为4-20ma模拟输出，所述调节阀的型号为dn50电动球阀，控制方式为与plc连接，响应时间小于0.5秒，回馈信号为4-20ma阀位反馈，所述plc控制器的型号为西门子s7-1200，并使用step 7编写控制程序，所述hmi触摸屏的型号为西门子tp700，并用于实时监控和参数设置。
3.根据权利要求1所述的玻璃窑炉中天然气管道的恒温控制系统，其特征在于：所述数据采集包括使用plc每秒读取温度传感器的数据，保存为数组t[n]，n为传感器编号(0-4)，所述卡尔曼滤波是一种递归算法，用于估计动态系统的状态，其基本步骤包括：预测阶段：利用上一状态估计值和协方差来预测当前状态和协方差，更新阶段：根据测量值更新预测结果，计算卡尔曼增益，并用它来修正预测的状态和协方差，以得到更精确的当前状态估计。
4.根据权利要求1所述的玻璃窑炉中天然气管道的恒温控制系统，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：林嘉佑，
申请(专利权)人：台玻长江玻璃有限公司，
类型：发明
国别省市：
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