一种多节点实时调控的工业过程温度管控系统及方法与流程

本发明涉及工业过程温度自动控制，具体涉及一种多节点实时调控的工业过程温度管控系统及方法。

背景技术：

1、在沿物料输送方向具有多个加热或温控节点的连续生产线中，温度是影响产品成型质量的关键工艺参数。以单面瓦楞纸板生产线（简称单瓦线）为例，其工艺流程为：芯纸经芯纸预热辊预热后进入单面瓦楞机，在上、下瓦楞辊之间被压制成瓦楞波形，涂胶辊在瓦楞峰顶涂覆淀粉胶，压力辊将里纸与涂胶后的瓦楞芯纸压合形成单面瓦楞纸板，随后经桥架输送段冷却和水分平衡后收卷或进入下一工序。芯纸预热温度决定水分蒸发量和纤维软化程度，瓦楞辊温度决定瓦楞定型效果，涂胶界面温度决定淀粉胶糊化质量，压力辊温度影响复合初粘力。

2、现有单瓦线温度控制普遍采用各节点独立设定加单回路pid反馈的模式：在预热辊、瓦楞辊、涂胶辊、压力辊等处分别装设温度传感器，各节点根据自身设定值独立调节蒸汽阀开度。这种模式存在以下不足：

3、第一，无法补偿物料在节点间输送的热传导滞后。物料从一个温控节点输送到下一个温控节点需要数秒时间，期间向环境散热，实际到达下游的物料温度低于上游出口温度。由于各节点仅检测自身辊面温度并就地反馈，系统无法感知物料在输送途中的温降，导致下游工艺温度偏离目标。

4、第二，相邻节点温差不受约束，易产生热应力缺陷。在输送速度变化、更换物料规格或升降温过程中，各节点独立调节可能造成相邻节点温差骤变，物料在短距离内经历剧烈温度梯度，引发翘曲、瓦楞倒伏、脱胶和爆线。

5、第三，关键工艺节点的界面温度与工艺温度窗口脱节。以涂胶节点为例，淀粉胶糊化存在约58°c至65°c的温度窗口，而胶液界面温度由涂胶辊温度和瓦楞峰顶芯纸温度共同决定。现有系统仅独立控制涂胶辊水浴温度，不与芯纸实际温度联动，当输送速度变化导致芯纸温度波动时，界面温度频繁脱离糊化窗口。

6、因此，亟需一种能够沿物料输送方向对多节点温度进行协同规划、预测补偿和关键窗口锁定的实时管控系统。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种多节点实时调控的工业过程温度管控系统及方法，解决现有多节点生产线各温度节点独立控制无法补偿节点间热滞后、相邻温差不受约束以及关键工艺节点界面温度脱离工艺窗口的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种多节点实时调控的工业过程温度管控系统，由传感器层、控制层和执行层三层架构组成。

4、传感器层包括第一温度传感器至第七温度传感器、含水率检测单元和车速检测单元。沿物料输送方向依次设置第一温控节点至第六温控节点，第一温度传感器至第六温度传感器分别设于各温控节点处检测物料温度或辊面温度，第七温度传感器检测环境温度，含水率检测单元设于第一温控节点上游检测物料含水率，车速检测单元检测物料实时输送速度。

5、控制层包括中央控制器，所述中央控制器的输入端与传感器层各器件电连接。中央控制器内置温度梯度曲线规划模块、热滞后前馈补偿模块、关键节点温度窗口锁定模块和反馈校正模块。温度梯度曲线规划模块根据物料含水率、物料参数和目标输送速度生成沿程目标温度曲线，并约束相邻节点温差不超过15°c至25°c。热滞后前馈补偿模块根据节点间距和实时输送速度按输送时间公式计算输送时间，以环境温度为输入参数，采用一阶散热模型预测物料到达下游节点的温度并前馈补偿，其中上游节点出口实测物料温度、环境温度、散热系数均为模型输入参数。关键节点温度窗口锁定模块根据上游物料预测温度和辊面温度按热加权方式计算界面温度，热分配系数取0.4至0.8，调节辊面温度使界面温度落入58°c至65°c设定温度窗口。反馈校正模块对各节点实测温度与修正后设定值做pid运算。

6、

τ=

l/

v

7、δ

tloss=(

tmat-

tamb)×[1-exp(-

k×

τ)]

8、

tint=

α×

tpred4+(1-

α)×

troll4

9、执行层包括第一执行器至第六执行器，分别设于第一温控节点至第六温控节点的温度调节管路上，各执行器控制端分别与中央控制器输出端电连接。

10、本发明还提供一种多节点实时调控的工业过程温度管控方法，包括步骤s1至s5，如权利要求8所述。

11、本发明提供了一种多节点实时调控的工业过程温度管控系统及方法，具有如下有益效果：

12、（1）本发明通过建立带相邻温差约束（δ

tmax=15°c至25°c）的沿程温度梯度曲线，使各节点目标温度不再是孤立设定值而是满足热应力约束的协同曲线，有效避免了物料在相邻节点间因温差骤变产生的翘曲、变形和脱层。

13、（2）本发明通过以环境温度为输入参数的一阶散热模型δ

t

loss=(

t

mat-

t

amb)×[1-exp(-

k×

τ)]预测物料在节点间输送的温降并前馈补偿下游温度，将传统的"事后反馈"变为"事前补偿"，克服了数秒级输送滞后，使实际物料温度精确跟踪工艺目标。

14、（3）本发明在关键工艺节点按热加权方式

tint=

α×

tpred4+(1-

α)×

troll4计算界面温度并锁定在58°c至65°c设定温度窗口，辊面温度随物料预测温度联动调节，保证了不同输送速度和物料规格条件下界面温度均处于最佳工艺区间，显著提高粘合质量。

15、（4）本发明将温度梯度曲线规划、热滞后前馈补偿和关键节点温度窗口锁定三者有机结合，形成"规划-预测-锁定-反馈"的闭环协同控制：温度梯度曲线规划模块生成的目标温度曲线作为前馈补偿和窗口锁定的基准；热滞后前馈补偿模块输出的预测温度

t

pred4直接作为关键节点温度窗口锁定模块的输入，窗口锁定模块据此计算界面温度并调节辊面温度；温差约束同时作用于前馈补偿后的设定值和窗口锁定后的辊面温度，使各节点温度在补偿和锁定后仍满足相邻温差限制；反馈校正模块消除残余偏差，前馈克服输送滞后、温差约束防止热应力缺陷、窗口锁定保障关键工艺质量，四者相互关联、缺一不可，共同产生了提高产品成型和粘合质量、降低废品率的综合技术效果。