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[問題求助] 請問使用PID控制能否提高烤房溫度

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發表於 2018-12-14 11:10:44 | 顯示全部樓層 |閱讀模式
請教各位先進,小弟自己搭建了一個乾燥房,希望能把乾燥房内的空氣溫度加熱到160攝氏度。房間的尺寸是高:2.2米,長:3.6米,寬:2.6米。房間的六面都做了5厘米的保溫層,用鍍鋅鐵皮中間稱硅酸鋁。房間頂部設置風管,風管内有乾燒加熱管。加熱管是3組,每組6KW,進綫是3項380V三角形接法。風道内的風機是一直運轉的。

烤房的結構和風向

乾燒管的外觀

目前的溫度

現在是用接觸器控制,PT100的熱電阻檢測乾燒管表面溫度,達到300度就停止給加熱管供電。目前1小時能把室内溫度加熱到110度,但再往後也就115度左右,不能升高到160度。我測量了一下熱管的工作時間,加熱1分鐘,停止3分鐘。加熱管的表面溫度就是在285度到340度波動。
因爲無法達到160度的溫度,小弟就在想改造方案,1,用PID控制,讓加熱管基本穩定在300度。2,再加一組乾燒熱管。不知各位先進能不能幫小弟分析一下應該用什么辦法來改進會更容易達到目標溫度。先謝謝各位!

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發表於 2018-12-14 11:41:16 | 顯示全部樓層
SENSOR位置要調整, 你也要抓出均溫點
看你要中央單點 還是要3點/5點的均溫?  
上/中/下層的均溫?

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 樓主| 發表於 2018-12-14 11:46:17 | 顯示全部樓層
yiy123 發表於 2018-12-14 11:41 AM
SENSOR位置要調整, 你也要抓出均溫點
看你要中央單點 還是要3點/5點的均溫?  
上/中/下層的均溫? ...

謝謝!我目前是用上層和下層的均溫,目前上層溫度能到115度,下層能到140度,距離160度的均溫還是比較遠。小弟控制加熱管表面溫度不超過350度是因爲加熱管的賣家告訴我他家的加熱管的安全範圍,不能高於350度。
發表於 2018-12-14 12:26:21 | 顯示全部樓層
有熟悉鍛造廠的話去參考/參觀人家的鹽浴, 你的系統設計沒有達標, 很難達到預定溫度, 熱阻過低, 熱容不足, 啥算法控制都白忙

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 樓主| 發表於 2018-12-14 12:34:41 | 顯示全部樓層
xiaolaba 發表於 2018-12-14 12:26 PM
有熟悉鍛造廠的話去參考/參觀人家的鹽浴, 你的系統設計沒有達標, 很難達到預定溫度, 熱阻過低, 熱容不足,  ...

老大太專業了,小弟對這個是完全不瞭解,更談不上設計,只是不停的在試錯,熱阻,熱容這些名詞是剛剛才聽到。小弟也沒有鍛造厰的朋友,能請教大大該如何計算嗎?
發表於 2018-12-14 12:43:39 | 顯示全部樓層
dy20050513 發表於 2018-12-14 12:34 PM
老大太專業了,小弟對這個是完全不瞭解,更談不上設計,只是不停的在試錯,熱阻,熱容這些名詞是剛剛才聽 ...

並非專業, 你看中學物理就有
熱容量, 如果你想把氣體加熱到某個溫度, 必須做些特定的動作, 沒有想像中簡單
https://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%86%B1%E5%AE%B9%E9%87%8F
發表於 2018-12-14 12:51:11 | 顯示全部樓層
本文章最後由 xiaolaba 於 2018-12-14 12:57 PM 編輯

估算熱阻比較簡單, 那一片你的板材, 下表面燒火或加溫, 紀錄上表面的溫度, 隨時間畫圖, 再參考這個, 算一下
https://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%86%B1%E9%98%BB

300度烤箱, 內容積 80cm x 80cm x 80cm, 見過壁厚最少的是8-10CM之間

做生意就買人家設計好的來用, 不會虧, 台灣的也有, 不過溫度的穩定性可靠性還沒看到很優的
https://www.thermalproductsolutions.com/product/blue-m-lab-oven

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 樓主| 發表於 2018-12-14 12:57:34 | 顯示全部樓層
xiaolaba 發表於 2018-12-14 12:43 PM
並非專業, 你看中學物理就有
熱容量, 如果你想把氣體加熱到某個溫度, 必須做些特定的動作, 沒有想像中簡 ...

謝謝大大,看樣子小弟是把這段知識完全還給老師了。也沒見老師退我這部分的學費。可是,我現在還是不知道該怎麽辦會更好呢?應該是加多乾燒管的功率我想一定是能提高的溫度的,只是在想如果用PWM來控制加熱管會不會能提高效率來提高溫度呢?
發表於 2018-12-14 13:00:30 | 顯示全部樓層
本文章最後由 xiaolaba 於 2018-12-14 01:04 PM 編輯
dy20050513 發表於 2018-12-14 12:57 PM
謝謝大大,看樣子小弟是把這段知識完全還給老師了。也沒見老師退我這部分的學費。可是,我現在還是不知道 ...


問問春池玻璃的小老闆
 樓主| 發表於 2018-12-14 13:22:38 | 顯示全部樓層
xiaolaba 發表於 2018-12-14 01:00 PM
問問春池玻璃的小老闆

謝謝,大大,看樣子我還是先再加12KW的加熱管,先把溫度提起來,再考慮提高控制精度的問題。
發表於 2018-12-14 13:30:43 | 顯示全部樓層
dy20050513 發表於 2018-12-14 01:22 PM
謝謝,大大,看樣子我還是先再加12KW的加熱管,先把溫度提起來,再考慮提高控制精度的問題。 ...

你是要開發產品? 一次上到4萬瓦吧
東莞也有很多這樣的廠家
 樓主| 發表於 2018-12-14 13:48:45 | 顯示全部樓層
xiaolaba 發表於 2018-12-14 01:30 PM
你是要開發產品? 一次上到4萬瓦吧
東莞也有很多這樣的廠家

談不上開發產品,也就是要把問題解決。是幫一個朋友做的,現在已經做到110度了,還有尾款沒有收,必須要加到160度才能順利收到尾款。而且,風道和加熱箱部分也是做好了,就只有空間再加12KW進去,加進去的話就有30KW ,希望能到160度了。
發表於 2018-12-14 13:53:33 | 顯示全部樓層
換另一個方向思考,也可能是風量不足或是熱交換接觸面積不夠。

既然電熱管會加熱一分鐘停3分鐘,表示所發的熱量沒有完全被帶走,先設法如何讓熱量有效被風帶走,或許這個功率就足夠也說不定。

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 樓主| 發表於 2018-12-14 14:10:14 | 顯示全部樓層
ysc 發表於 2018-12-14 01:53 PM
換另一個方向思考,也可能是風量不足或是熱交換接觸面積不夠。

既然電熱管會加熱一分鐘停3分鐘,表示所發 ...

謝謝大大,我原來也想過這個問題。
以300度作爲臨界點,當從冷態開始加熱,到300度時斷開熱管的電源,加熱管表面溫度在斷電的狀態下會升高到340度,然後又掉到300度,再次開始接通加熱管的電源,這時加熱管在通電的狀態下還會下降到285度又再次爬升到300度,斷開加熱管的電源,溫度繼續爬升到340度。就是這樣一個循環。
所以就比較了換風管、風機的成本和改成PWM來控制,小弟覺得用PWM來改會成本比較低。所以來請教各位老大,希望用PID控制使加熱管溫度保持在300的範圍。只是不知道這樣能否提高室溫。
我原來觀察過,18KW全開在加熱管表面溫度在350度的狀態下,出風口的熱風溫度會在220度,9KW半功率的狀態,加熱管表面在350度時,出風口的熱風溫度只有150度。我也不太確信是風量大還是風量小。
發表於 2018-12-14 16:11:20 | 顯示全部樓層
本文章最後由 xiaolaba 於 2018-12-14 04:13 PM 編輯
dy20050513 發表於 2018-12-14 01:48 PM
談不上開發產品,也就是要把問題解決。是幫一個朋友做的,現在已經做到110度了,還有尾款沒有收,必須要 ...


既然這樣, 你也是行家了, 試驗一下就知道結果了.
你整個系統在震盪, 加大熱容提高輸出容量, 加大熱阻防止熱流失才是
就算你加了PID, 也不見得可以調到穩定
300度要可靠的話應該用熱電耦了
或者做個小箱比例模型, 裝個自動調定型的PID控制器試試看, PID要花功夫和功力
 樓主| 發表於 2018-12-14 16:52:40 | 顯示全部樓層
xiaolaba 發表於 2018-12-14 04:11 PM
既然這樣, 你也是行家了, 試驗一下就知道結果了.
你整個系統在震盪, 加大熱容提高輸出容量, 加大熱阻防止 ...

謝謝X大,我這幾天就是用了三菱的PLC 的PID指令在小環境測試,的確是不容易設置Kp,Ti,Td這幾個參數,目前我在小環境都還沒有調整到合適的參數,要不就是震蕩過大,要不就是恢復太慢,也是不容易的事情。是的,先把功率調高到30KW試試看吧!
發表於 2018-12-14 17:41:46 | 顯示全部樓層
dy20050513 發表於 2018-12-14 04:52 PM
謝謝X大,我這幾天就是用了三菱的PLC 的PID指令在小環境測試,的確是不容易設置Kp,Ti,Td這幾個參數, ...

哈....手動.....
試試看Ziegler–Nichols方法, 不一定管用, 但總比瞎調好一些
買個自動調定的PID控制器吧, 除非你想用小模型熟悉PID標定然後成為專家
發表於 2018-12-14 20:27:50 | 顯示全部樓層
你的加熱器 功率密度太高了  

應該要用多支的加熱器來加熱   
或是採用PTC加熱器   

加熱器必須需要有足夠大面積  才能充分加熱空氣



如果加熱器無法修改   那麼現在只能
增加風速
並且改用其他控制器


控制器要能夠保護加熱管  又要能夠達到設定溫度  
加熱管試試改用串聯  然後運作一陣子   
發表於 2018-12-14 21:22:13 | 顯示全部樓層
"加熱1分鐘,停止3分鐘"

被溫度保護緊箍咒限制住了
電熱管休眠時間,長過加熱時間

1. 全功率發熱時,迴風量不足,導致電熱管熱量帶不走
    若不想增加電熱管 & 加大風量
    只好降功率,讓電熱管溫度維持在250度 左右,在安全範圍內,全時發熱做功不休眠。
2.乾燥室內需加一個360度擾流風扇,讓腔室全域均溫。

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發表於 2018-12-14 22:49:48 | 顯示全部樓層
PID不好調就改成PD動作~

PID對於密閉室烤箱會比較吃香!

環境溫ˋ度變化太大本來就是沒辦法解決的問題,就算你現在把PID設好後,等到夏天PID參數就又會衝溫......

發表於 2018-12-14 23:33:42 | 顯示全部樓層
pid 只是個『演算法』,這不是重點。重點是

你車子能開到 160km/hr ,這樣才有能力定速在 100 ,120 , 130

當你車子只能開到 80 km/hr時,你要如何定速在 100 ?

所以,當你要恒溫在 160,先確定你的機器效力全開能超過 160吧~~

如果超不過? pid? 無用武之地
 樓主| 發表於 2018-12-16 01:48:00 | 顯示全部樓層
謝謝各位大大,小弟已經再買了一組12KW的乾燒管,先把溫度加上去。能上去了,再考慮控制的精度問題。等我加好了加熱管測試出結果來再來給各位大大匯報。
發表於 2018-12-17 09:54:27 來自手機 | 顯示全部樓層
最大的问题是:加热管不能过热!这就限制了楼大的设计。小喇叭大也说到了要点,可以说是死穴:热阻。还有,这保温真的好么?热量一进一出维持平衡,一个是功率支持和足够好的热量锁定措施。从加热器开停比来看,似乎功率足够,但可能是因为温度检测点瞬间高温,而使其认为整体温度达标,也就是前面说到的热阻,无法让整个空间温度及时达均匀。楼大可以考虑加强保温、增强空间气体热交换、合理布置温度检测点,选用耐热高的加热器或其增加数量这几个措施进行解决。祝如愿!
發表於 2018-12-17 11:48:00 | 顯示全部樓層
你的加熱器有溫度限制,感覺怪怪的,好像是原本非使用再此處。
考慮放熱的效率 (把加熱器的熱量快速釋放)
放熱介質 =>油? 水? 銅片? 鋁片? 體積大小? (參考葉片式電暖器, 散熱片)
發表於 2018-12-19 00:06:37 | 顯示全部樓層
應該考慮將加熱管設置在烤箱底部一個上下隔開的空間,使用風扇做熱風循環,然後將測溫點盡量靠近烤箱中心位置
發表於 2018-12-19 02:47:21 | 顯示全部樓層
發表於 2018-12-19 06:16:34 | 顯示全部樓層
熱風出口應該改成多出口型式這樣才能均溫
感溫器位置很重要這要實際經驗
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