大型碳纖維預(yù)氧化裝備溫度控制特性研究及應(yīng)用.pdf

1、大型預(yù)氧化裝備是PAN基碳纖維工業(yè)化生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備之一，其主要技術(shù)指標(biāo)對(duì)提高碳纖維產(chǎn)量和性能至關(guān)重要。如何縮短預(yù)氧化升溫時(shí)間，提高溫度均勻性和控溫精度，降低預(yù)氧化裝備能耗，是國(guó)產(chǎn)大型預(yù)氧化裝備需要解決的關(guān)鍵技術(shù)。
　　 本文借助于計(jì)算機(jī)仿真與模擬技術(shù)，對(duì)大型預(yù)氧化裝備的溫度控制特性進(jìn)行了系統(tǒng)研究，主要包括:
　　 (1)溫度控制算法研究及應(yīng)用
　　 建立了大型預(yù)氧化裝備的溫控系統(tǒng)模型，通過實(shí)驗(yàn)獲得了大型預(yù)氧化裝備

2、的階躍響應(yīng)曲線，利用輔助變量最小二乘法進(jìn)行了模型參數(shù)的辨識(shí)。
　　 研究了用于大型預(yù)氧化裝備的模糊自適應(yīng)PID控制算法和基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)PID控制算法并利用MATLAB進(jìn)行仿真研究。仿真結(jié)果表明，與常規(guī)PID相比，兩種算法都具有控制精度高、超調(diào)量小、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，其中基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)PID控制在超調(diào)量及抗干擾能力方面優(yōu)于模糊自適應(yīng)PID控制，但BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法復(fù)雜，其響應(yīng)時(shí)間比模糊自適應(yīng)PID控制稍長(zhǎng)。

3、r>　　 針對(duì)模糊控制存在量化誤差的缺陷，采用線性插值的方法，對(duì)模糊規(guī)則進(jìn)行細(xì)化，推導(dǎo)了相應(yīng)的計(jì)算公式，并在PLC上編程實(shí)現(xiàn)，消除了量化誤差，顯著改善了系統(tǒng)性能。
　　 (2)流場(chǎng)與溫度場(chǎng)模擬研究
　　 以計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)和傳熱學(xué)的基本控制方程為基礎(chǔ)，建立了大型預(yù)氧化裝備爐內(nèi)氣體流動(dòng)與傳熱的數(shù)學(xué)模型;利用有限體積法，對(duì)流動(dòng)與傳熱的控制方程進(jìn)行離散化處理，得到了瞬態(tài)流動(dòng)與傳熱的離散方程;根據(jù)SIMPLE算法推導(dǎo)了速度與壓力

4、修正值的計(jì)算公式。
　　 通過分析大型預(yù)氧化裝備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，合理簡(jiǎn)化，采用二維模型研究大型預(yù)氧化裝備的流場(chǎng)和溫度場(chǎng)，利用GAMBIT建立了不同條件下的模型并劃分網(wǎng)格，采用Fluent進(jìn)行了模擬。
　　 根據(jù)模擬結(jié)果，針對(duì)大型預(yù)氧化裝備的結(jié)構(gòu)、導(dǎo)風(fēng)罩旋轉(zhuǎn)角度以及PAN原絲在爐膛中的分布提出了一系列優(yōu)化建議。
　　 在改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、優(yōu)化導(dǎo)風(fēng)罩旋轉(zhuǎn)角度的基礎(chǔ)上進(jìn)行了溫度場(chǎng)模擬，結(jié)果表明，改進(jìn)和優(yōu)化后的大型預(yù)氧化裝備空載

5、時(shí)具有較好的溫度均勻性。
　　 (3)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與軟件開發(fā)
　　 根據(jù)本文研究成果，設(shè)計(jì)了一套具有高性能、高可靠性、高性價(jià)比和良好擴(kuò)展能力的控制系統(tǒng)方案，并成應(yīng)用于年產(chǎn)800噸PAN基碳纖維生產(chǎn)線的研制開發(fā)。
　　 開發(fā)了大型預(yù)氧化裝備溫度控制系統(tǒng)的PLC軟件，利用多項(xiàng)式擬合加外部補(bǔ)償?shù)姆绞綄?shí)現(xiàn)了0.02℃的高精度溫度測(cè)量;采用模糊自適應(yīng)PID控制和分段溫度控制策略確保升溫速率和控溫精度;利用基于RS485總線

6、的USS通訊實(shí)現(xiàn)了對(duì)3個(gè)子網(wǎng)共72臺(tái)變頻器的實(shí)時(shí)控制，通過合理的參數(shù)設(shè)置和軟件優(yōu)化，實(shí)時(shí)性完全滿足生產(chǎn)要求;設(shè)計(jì)了一種智能預(yù)氧化裝備升溫調(diào)度算法并編程實(shí)現(xiàn)，該算法對(duì)大型預(yù)氧化裝備的升溫過程采用分段升溫、分時(shí)控制，智能調(diào)度整條生產(chǎn)線的可用功率，在滿足控溫精度的條件下，可降低35％的變壓器容量。
　　 (4)對(duì)大型預(yù)氧化裝備的送風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化，并測(cè)試了兩種大型預(yù)氧化裝備優(yōu)化后的控溫精度，控溫點(diǎn)精度±0.8℃;多熱電偶立體分布測(cè)溫和