電阻爐溫度控制系統(tǒng)的畢業(yè)設(shè)計－－電氣設(shè)計論文

電 阻 爐溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計 摘要：自動控制系統(tǒng)在各個領(lǐng)域尤其是工業(yè)領(lǐng)域中有著及其廣泛的應(yīng)用，溫度控制是控制系統(tǒng)中最為常見的控制類型之一。隨著單片機技術(shù)的飛速發(fā)展，通過單片機對被控對象進行控制日益成為今后自動控制領(lǐng)域的一個重要發(fā)展方向。 電 阻 爐在國民經(jīng)濟中有著廣泛的應(yīng)用，而大功率的電阻爐則應(yīng)用在各種工業(yè)生產(chǎn)過程中。然而，大多數(shù)電阻爐存在著各種干擾因素，將會給工業(yè)生產(chǎn)帶來極大的不便。因此，在電阻爐溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計中，應(yīng)盡量考慮到如何有效地避免各種干擾因素而采用一個較好的控制方案，選擇合適的芯片 及控制算法是非常有必要的。 本設(shè)計要求用單片機設(shè)計一個 能在多種領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用的 電 阻 爐溫度控制系統(tǒng) 。 2 目錄 第 1 章 前言 . 3 1.1 電阻爐簡介 . 3 1.2 電阻爐的優(yōu)點 . 3 第 2 章 電阻爐溫度控制系統(tǒng)的特性 . 8 第 3 章 電阻爐加熱原理及加熱方式的分類 . 7 3.1 電阻爐電加熱原理 . 7 3.2 電阻爐加熱方式的分類 . 7 第 4 章 電阻爐控制系統(tǒng)的硬件部分 . 8 4.1 8031 芯片概 述 . 8 4.2 8255A 芯片概述 . 8 4.3 74LS373 芯片概述 . 10 4.4 6116 芯片概述 . 10 4.5 2764 芯片概述 . 11 4.6 ADC0809 轉(zhuǎn)換器 . 11 4.7 溫度檢測元件及變送器、 ADC 的選擇 . 11 4.8 接口芯片的擴展 . 12 4.9 溫度控制電路 . 12 第 5 章 電阻爐控制系統(tǒng)的軟件部分 . 13 第 6 章 爐溫自動控制原理 . 15 第 7 章 主要的技術(shù)特性 . 17 第 8 章 電阻加熱爐基本結(jié)構(gòu)及型式 . 18 第 9 章 用途 . 20 參考文獻 . 21 致謝 . 22 3 第 1 章 前言 電阻爐是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中常用的電加熱設(shè)備 ,廣泛應(yīng)用于冶金、機械 、建材等行業(yè) ，而大功率的電阻爐則應(yīng)用在各種工業(yè)生產(chǎn)過程中。然而，大多數(shù)電阻爐存在著各種干擾因素，將會給工業(yè)生產(chǎn)帶來極大的不便。因此，在電阻爐溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計中，應(yīng)盡量考慮到如何有效地避免各種干擾因素而采用一個較好的控制方案，選擇合適的芯片及控制算法是非常有必要的。 隨著單片機技術(shù)的飛速發(fā)展，通過單片機對被控對象進行控制日益成為今后自動控制領(lǐng)域的一個重要發(fā)展方向。本設(shè)計要求采 用單片機設(shè)計一個電 阻 爐溫度控制系統(tǒng)。 1.1 電阻爐簡介 電阻 爐是利用電流通過電熱體元件將電能轉(zhuǎn)化為熱能來加熱或者熔化工件和物料的熱加工 設(shè)備。 電阻爐由爐體、電氣控制系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)組成。爐體由爐殼、加熱器、爐襯（包括隔熱屏）等部件組成。電氣控制系統(tǒng)包括電子線路、微機控制、儀表顯示及電氣部件等。輔助系統(tǒng)通常指傳動系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等，雖爐種的不同而已。 電阻爐的主要參數(shù)由額定電壓、額定功率、額定溫度、工作空間尺寸。生產(chǎn)率、空爐損耗功率、空爐升溫時間、爐溫控制精度及爐溫均勻性等 1.2 電阻爐 的 優(yōu)點 .熱效率高 。電阻爐不需要燃燒氣體，沒有派出因燃燒氣體而產(chǎn)生的廢氣造成的熱損失。爐膛室內(nèi)熱強度高，能達到較高的溫度，是高熔點 4 金屬得熔化。 .能滿足工件在各種工藝樊為中的要求，并使之成為可控。能用質(zhì)量流量計對所控氣氛進行檢測。 由保護氣氛來保證爐內(nèi)氣氛的清潔。比如保護氣氛改為真空，可以將爐內(nèi)的殘余氣體抽走，保護氣氛改為氫氣，各種可隨之運出。高純度的氫氣，氣含氧量可小于 0.1ppm，氣露點小于 70 .能夠滿足工作空間溫度場均勻分布和恒溫的精度要求。比如在 48小時內(nèi)溫度漂移 0.5 。 整個工藝過程能用 微機和智能化程序控制。有利于連鎖保護，報警、防爆、數(shù)顯、曲線記錄 操作簡單，壽命長，安全有保障。 場所利用率大，噪聲較穩(wěn)定。 5 第 2 章 電 阻 爐溫度控制系統(tǒng)的特性 電阻爐溫度控制系統(tǒng)是閉合的反饋系統(tǒng)。 溫控系統(tǒng)主要由溫度傳感器、溫度調(diào)節(jié)儀、執(zhí)行裝置、被控對象四個部分組成，其系統(tǒng) 結(jié)構(gòu) 圖如圖 2-1 所示。被控制對象是大容量、大慣性的電熱爐溫 度對象，是典型的多階容積遲后特性，在工程上往往近似為包含有純滯后的二階容積遲后；由于被控對象電容量大，通常采用可控硅作調(diào)節(jié)器的執(zhí)行器，其具體的電路圖如圖 2-2 所示。 圖 2-1 執(zhí)行器的特性：電 阻 爐的溫度調(diào)節(jié)是通過調(diào)節(jié)劑 (供電 能源 )的斷續(xù)作用，改 變 電 爐絲閉合時間 Tb 與斷開時間 Tk 的比值 ,=Tb/Tk。 調(diào)節(jié)加熱爐的溫度，在工業(yè)上是通過在設(shè)定周期范圍內(nèi)，將電路接通幾個周波，然后斷開幾個周波，改變晶閘管在設(shè)定周期內(nèi)通斷時間的比例，來調(diào)節(jié)負載兩端交流平均電壓即負載功率，這就是通常所說的調(diào)功器或周波控制器；調(diào)功器是在電源電壓過零時觸發(fā)晶閘管導通的，所以負載上得到的是完整的正弦波，調(diào)節(jié)的只是設(shè)定周期 Tc 內(nèi)導通的電壓周波。如圖 2-3 所示，設(shè)周期 Tc 內(nèi)導通的周期的波數(shù)為 n，每個周波的周期為 T，則調(diào)功器的輸出功率為 P=nTPn/Tc， Pn 為設(shè)定周期 Tc 內(nèi) 電 6 壓全通過時裝置的輸出功率。 圖 2-2 圖 2-3 7 第 3 章 電 阻 爐加熱原理 及 加熱方式的分類 3.1 電 阻 爐 電 加熱原理 當電流在導體中流過時，因為任何導體均存在電阻，電能即在導體中形成損耗，轉(zhuǎn)換為熱能，按焦耳楞次定律： Q 0 2412 Rt Q熱能，卡； I 一電流，安 培 , R 一電阻，歐姆， t 一時間，秒。 按上式推算，當 1 千瓦小時的電能，全部轉(zhuǎn)換為熱 能時 Q(0 24100036000) 1000=864 千卡。 在電熱技術(shù)上按 l 千瓦小時 860 千卡計算。電 阻 爐在 結(jié)構(gòu) 上是使電能轉(zhuǎn)換為熱能的設(shè)備，它能有效地 用來加熱指定的工件，并保持高的效率。 3.2 電阻爐 加熱方式的分類 電阻爐按熱量產(chǎn)生的方法不同，可分為間接加熱式和直接加熱式二大類。間接加熱式電阻爐、就是在爐子內(nèi)部有專用的電阻材料做的發(fā)熱元件。電流通過 加熱元件時產(chǎn)生熱量，再通過熱的傳導、對流、輻射而使放置在爐中的爐料被加熱。直接加熱式電阻爐，電源直接接在所需加熱的材料上，使強大的電流直接流過所需加熱的材料而使材料自己發(fā)熱達到加熱效果。工業(yè)電阻爐，大部分是采用間接加熱式的，只有一部分因加熱工藝人的特殊需要而采用直接加熱式。 按傳熱方式，電阻爐分為輻射式電阻爐和對流式電阻爐。輻射式電阻爐以輻射傳熱為主，對流傳熱作用較??；對流式電阻爐以對流傳熱為主，通常稱為空氣循環(huán)電阻爐，靠熱空氣進行加熱，爐溫多低于 650 。 8 第 4 章 電 阻 爐控制系統(tǒng)的硬件部分 溫度調(diào)節(jié)儀是控溫系統(tǒng)的核心部分，采用單片機控制，實現(xiàn)智能化，它主要由輸入通道、輸出通道、人機對話通道以及一些外圍電路組成，原理框圖如圖 4-1 所示。具體是由 8031 單片機、 16K 電擦寫程序存貯器、鍵盤及顯示器接口電路以及并形 I/O 芯片 8255 等組成。它把傳感器送來的溫度信號進行放大、比較、運算后，輸出控制信號，觸發(fā)執(zhí)行裝置，實現(xiàn)溫度的自動控制，同時還實現(xiàn)多種溫度傳感器的轉(zhuǎn)換、調(diào)零、調(diào)幅的軟調(diào)整等功能。為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力，溫度傳感器信號應(yīng)采用屏蔽線單獨接地，此外，對主機亦采用電磁屏蔽措施，以防止其它的 電磁干擾。 4.1 8031 芯片 概述 MCS-51 系列單片機是美國 Intel 公司開發(fā)的 8 位單片機，又可以分為多個子系列。 MCS-51 系列單片機共有 40 條引腳，包括 32 條 I/O 接口引腳、 4 條控制引腳、 2 條電源引腳、 2 條時鐘引腳。引腳說明： P0.0P0.7： P0 口 8 位口線，第一功能作為通用 I/O 接口，第二功能作為存儲器擴展時的地址 /數(shù)據(jù)復用口 P1.0 P1.7： P1 口 8 位口線，通用 I/O 接口無第二功能。 P2.0 P2.7： P2 口 8 位口線，第一功能作為通用 I/O 接口，第二功能作為存儲器擴展時傳送高 8 位地址。 P3.0 P3.7： P3 口 8 位口線，第一功能作為通用 I/O 接口，第二功能作為為單片機的控制信號。ALE/ PROG：地址鎖存允許 /編程脈沖輸入信號線（輸出信號） PSEN：片外程序存儲器開發(fā)信號引腳（輸出信號） 。 EA/Vpp：片外程序存儲器使用信號引腳 /編程電源輸入引腳。 RST/VPD：復位 /備用電源引腳。 4.2 8255A 芯片 概述 9 是 Intel 公司生產(chǎn)的可編程輸入輸出接口芯片 ,它具有 3 個 8 位的并行I/O 口 ,具有三種工作方式 ,可通過程序改變其功能 ,因而使用靈活 ,通用性強 ,可作為單片機與多種外圍設(shè)備連接時的中間接口電路。 8255 有三種基本工作方式，三種工作方式由工作方式控制字決定 ,方式控制字由 CPU通過輸入 /輸出指令來提供 .三個端口中 PC 口被分為兩個部分 ,上半部分隨 PA 口稱為 A 組 ,下半部分隨 PB 口稱為 B 組 .其中 PA 口可工作與方式0、 1 和 2，而 PB 口只能工作在方式 0 和 1。 8255 共有 40 個引腳 ,采用雙列直插式封裝 ,各引腳功能如下： D0-D7：三態(tài)雙向數(shù)據(jù)線 ,與單片機數(shù)據(jù)總線連接 ,用來傳送數(shù)據(jù)信息。 CS：片選信號線，低電平有效，表示芯片被選中。 RD：讀出信號線，低電平有效，控制數(shù)據(jù)的讀出。 WR：寫入信號線，低電平有效，控制數(shù)據(jù)的寫入。 Vcc： +5V 電源。 A0-PA7： A口輸入 /輸出線。 PB0-PB7： B 口輸入 /輸出線。 PC0-PC7： C 口輸入 /輸出線。 RESET：復位信號線。 A1、 A0：地址線，用來選擇 8255 內(nèi)部端口。 GND：地線。 10 圖 4-1 4.3 74LS373 芯片 概述 74LS373 是帶有三態(tài)門的八 D 鎖存器，當使能信號線 OE 為低電平時，三態(tài)門處于導通狀態(tài)，允許 1Q-8Q 輸出到 OUT1-OUT8，當 OE 端為高電平時，輸出三態(tài)門斷開，輸出線 OUT1-OUT8 處于浮空狀態(tài)。 G稱為數(shù)據(jù)打入線，當 74LS373 用作地址鎖存器時，首先應(yīng)使三態(tài)門的使能信號 OE 為低電平，這時，當 G 端輸入端為高電平時，鎖存器輸出（ 1Q-8Q）狀態(tài)和輸入端（ 1D-8D）狀態(tài)相同；當 G 端從高電平返回到低電平（下降沿）時，輸入端（ 1D-8D）的數(shù)據(jù)鎖入 1Q-8Q 的八位鎖存器中。當用 74LS373 作為地址鎖存器時，它們的 G 端可直接與單片機的鎖存控制信號端 ALE 相連，在 ALE 下降沿進行地址鎖存。 引腳說明如下： D0 D7：鎖存器 8 位數(shù)據(jù)輸入線 Q0 Q7：鎖存器 8 位數(shù)據(jù)輸出線 GND：接地引腳 Vcc：電源引腳， 5V 有效 OE ：片選信號引腳 G：鎖存控制信號輸入引腳。 4.4 6116 芯片 概述 6116 是 2K*8 位靜態(tài)隨機存儲器芯片 ,采用 CMOS 工藝制造 ,單一 +5V供電 ,額定功耗 160mW,典型存取時間 200ns,24 線雙列直插式封裝，其引腳功能說明如下： A0 A10：地址輸入線 O0 O7：雙向三態(tài)數(shù)據(jù)線，有時用 D0 D7 表示 ：片選信號輸入端，低電平有效：讀選通信號輸入線，低電平有效 ：寫選通信號輸入線， 低電平有效 Vcc：工作電源輸入引腳， 5V GND：線路地 11 4.5 2764 芯片 概述 2764 是 8K*8 字節(jié)的紫外線镲除、電可編程只讀存儲器，單一 +5V供電 ，工作電流為 75mA，維持電流為 35mA，讀出時間最大為 250nS，28 腳雙列直插式封裝。各引腳的 含義為： A0 A12： 13 根地址線，可尋址 8K 字節(jié)； ：片選線； O0-O7：數(shù)據(jù)輸出線； ：為數(shù)據(jù)輸出選通線； PGM：編程脈沖輸入端； Vpp：編程電源； Vcc：主電源，一般為 5V。 GND：接地引腳 4.6 ADC0809 轉(zhuǎn)換器 ADC0809 是一種比較典型的 8 位 8 通道逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器，CMOS 工藝，可實現(xiàn) 8 路模擬信號的分時采集，片內(nèi)有 8 路模擬選通開關(guān)，以 及相應(yīng)的通道地址鎖存用譯碼電路，其轉(zhuǎn)換時間為 100s 左右，采用雙排 28 引腳封裝，其引腳說明如下： IN0 IN7： 8 路模擬量輸入通；ADDA ADDC：地址線用于選擇模擬量輸入通道； ALE：地址鎖存允許信號； START：轉(zhuǎn)換啟動信號； D0 D7：數(shù)據(jù)輸出線； OE：輸出允許信號，低電平允許轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出； CLOCK：時鐘信號輸入引腳，通常使用 500KHz； EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，為 0 代表正在轉(zhuǎn)換， 1 代表轉(zhuǎn)換結(jié)束；Vcc： 5V 電壓； VREF（） 、 VREF（） ：參考電壓。 4.7 溫度檢測元件及變送器、 ADC 的 選擇 溫度檢測元件及變送器的選擇要考慮溫度控制范圍及精度要求。對于 01000 的測量范圍，采用熱電偶，如鎳鉻熱電偶，分度號為 EU，其輸出信號為 041.32mV，經(jīng)毫伏變送器，輸出 010mA，然后再經(jīng)過電流 電壓變換電路轉(zhuǎn)換為 05V 電壓信號。為了提高測量精度，可 12 將變送器進行零點遷移，例如溫度測量范圍改為 4001000 ，熱電偶給出 16.441.32mV 時，使變送器輸出 010mV，這樣使用 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器，能使量化誤差達到 2.34 。 4.8 接口芯片的擴展 由于本系統(tǒng)既要顯示、報警 、鍵盤輸入，又要進行控制，所以系統(tǒng)在 8031 系統(tǒng)中擴展了一片 8155，它有三個 8 位 I/O 口， 256 字節(jié)的 RAM，可以作為外部數(shù)據(jù)存儲器供系統(tǒng)使用， 8031 的 P2.1 接 8155 的 CE， P2.0接 8155 的 IO/M，當 P2.1 0， P2.0 1 時，選中 8155 片內(nèi)的三個 I/O 端口，其口地址如下： 0100H命令狀態(tài)寄存器 0101H A口 0102H B口 0103H C口或控制口寄存器 0104H，計數(shù)值低八位 0105H，計數(shù)值高八位和方式寄存器。當 P2.2 0 時，選中 ADC0809（允許啟動各通道轉(zhuǎn)換與讀取 相應(yīng)的轉(zhuǎn)換結(jié) 果）。轉(zhuǎn)換結(jié)束信號 EOC 經(jīng)倒相后接至單片機的外部中斷 INT1（ P3.3），當 P3.3 0 時，說明轉(zhuǎn)換結(jié)束。我們選用 0通道作為輸入，把 0809 視為一個地址為 03F8H 的外部數(shù)據(jù)存儲單元，對其寫數(shù)據(jù)時， 8031 的 WR 信號使 ALE 和 START 有效，將 74LS373鎖存的地址低三位存入 0809，并啟動 ADC0809， D 9EOC 為低電平時，A/D 轉(zhuǎn)換正在進行，當 EOC 為高電平時，表示轉(zhuǎn)換結(jié)束， 8031 可以讀如轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)。 4.9 溫度控制電路 溫度控制電路采用晶閘管調(diào)功方式。雙向晶閘管串在 50Hz 交流電源和加熱絲電路中，只要在給定周期里改變晶閘管開關(guān)的接通時間的脈沖信號即可。這可以用一條 I/O 線，通過程序輸出控制脈沖。為了達到過零觸發(fā)的目的，需要交流電過零檢測電路。此電路輸出對應(yīng)于 50Hz 交流電壓過零時刻的脈沖，作為觸發(fā)雙向晶閘管的同步脈沖，使晶閘管，在 13 交流電壓過零時刻導通。電壓比較器 LM311 將 50HZ 正弦交流電壓變成方波。方波上升沿和下降沿分別作為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的觸發(fā)信號，單穩(wěn)觸發(fā)器輸出的窄脈沖經(jīng)二極管或門混合，就得到對應(yīng)于 220V 市電過零時刻的同步脈沖。此脈沖一路作為觸發(fā)同步脈沖加到 溫控電路，一路作為計數(shù)脈沖加到單片機 8031 的 P3.4 和 P3.5 輸入端。 第 5 章 電 阻 爐控制系統(tǒng)的軟件部分 系統(tǒng)軟件采用中斷方式編程，主要部分是時鐘中斷程序，主要由輸入處理程序、控制算法程序、顯示處理、輸出處理和自診斷程序等組成，其流程圖如圖 5 所示。儀表通電啟動后，初始化程序進行時間給定，每隔 500ms 時鐘中斷一次，中斷后進入時鐘中斷處理。對于純滯后，大慣性環(huán)節(jié)控制對象，一般采用積分分離 PID 控制算法。在一般的 PID 控制中，當系統(tǒng)有較大的擾動或設(shè)定值較大幅度提降時，由于偏差較大及系統(tǒng)存在慣性和滯后 ，在積分項的作用下，會產(chǎn)生較大的超調(diào)和長時間波動，在溫度緩慢變化過程中這一現(xiàn)象尤為嚴重，為此采用積分分離措施，即在偏差較大時，取消積分作用，偏差較小時，才將積分作用投入。積分分離 PID 控制算法如下： 14 圖 5-1 15 第 6 章 爐溫自動控制原理 根據(jù)爐溫對給定溫度的偏差，自動接通或斷開供給爐子的熱源能量，或連續(xù)改變熱源能量的大小，使爐溫穩(wěn)定有給定溫度范圍，以滿足熱處理工藝的需要。溫度自動控制常用調(diào)節(jié)規(guī)律有二位式、三位式、比例、比例 積分和比例積分微分等幾種。電阻爐爐溫控制是這樣一個反饋調(diào)節(jié)過程，比較實際爐溫和需要爐溫得到偏差，通過對偏差的處理獲得控制信號，去調(diào)節(jié)電阻爐的熱功率，從而實現(xiàn)對爐溫的控制。按照偏差的比例、積分和微分產(chǎn)生控制作用（ PID 控制），是過程控制中應(yīng)用最廣泛的一種控制形式。 系統(tǒng)控制程序采用兩重中斷嵌套方式設(shè)計。首先使 T0 計數(shù)器產(chǎn)生定時中斷，作為本系統(tǒng)的采樣周期。在中斷服務(wù)程序中啟動 A/D，讀入采樣數(shù)據(jù)，進行數(shù)字濾波、上下限報警處理， PID 計算，然后輸出控制脈沖信號。脈沖寬度由 T1 計數(shù)器溢出中斷決定。在等待 T1 中斷時， 將本次采樣值轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的溫度值放入顯示緩沖區(qū)，然后調(diào)用顯示子程序。從 T1 中斷返回后，再從 T0 中斷返回主程序并且、繼續(xù)顯示本次采樣溫度，等待下次 T0 中斷。 二位式調(diào)節(jié) -它只有開、關(guān)兩種狀態(tài)，當爐溫低于限給定值時執(zhí)行器全開；當爐溫高于給定值時執(zhí)行器全閉。（執(zhí)行器一般選用接觸器） 三位式調(diào)節(jié) -它有上下限兩個給定值，當爐溫低于下限給定值時招待器全開；當爐溫在上、下限給定值之間時執(zhí)行器部分開啟；當爐溫超過上限給定值時執(zhí)行器全閉。（如管狀加熱器為加熱元件時，可采用三位式調(diào)節(jié)實現(xiàn)加熱與保溫功率的不同） 比例調(diào)節(jié)（ P 調(diào)節(jié)） -調(diào)節(jié)器的輸出信號（ M）和偏差輸入（ e）成 16 比例。即： M=k 式中： K-比例系數(shù) 比例調(diào)節(jié)器的輸入、輸出量之間任何時刻都存在 -對應(yīng)的比例關(guān)系，因此爐溫變化經(jīng)比例調(diào)節(jié)達到平衡時，爐溫不能加復到給定值時的偏差-稱 “靜差 ” 比例積分（ PI）調(diào)節(jié) -為了 “靜差 ”，在比例調(diào)節(jié)中添加積分（ I）調(diào)節(jié)積分，調(diào)節(jié)是指調(diào)節(jié)器的輸出信號與偏差存在隨時間的增長而增強，直到偏差消除才無輸出信號，故能消除 “靜差 ”比例調(diào)節(jié)和積分調(diào)節(jié)的組合稱為比例積分調(diào)節(jié) . 比例積分微分（ PID）調(diào)節(jié) -比例積分調(diào)節(jié)會使調(diào)節(jié)過程 增長，溫度的波動幅值增大，為此再引入微分（ D）調(diào)節(jié)。微分調(diào)節(jié)是指調(diào)節(jié)器的輸出與偏差對時間的微分成比例，微分調(diào)節(jié)器在溫度有變化 “苗頭 ”時就有調(diào)節(jié)信號輸出，變化速度越快、輸出信號越強，故能加快調(diào)節(jié)速度，降低溫度波動幅度，比例調(diào)節(jié)、積分調(diào)節(jié)和微分調(diào)節(jié)的組合稱為比例積分微分調(diào)節(jié)。（一般采用晶閘管調(diào)節(jié)器為執(zhí)行器）。 根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場的運行情況，這種控溫方法，精度比較高，系統(tǒng)性能穩(wěn)定，滿足生產(chǎn)的實際需要。主要設(shè)備 :熱電偶或熱電阻 ,智能 PID 溫控儀 ,可控硅觸發(fā)調(diào)功器等。 17 第 7 章 主要的技術(shù)特 性 電阻爐消耗電能轉(zhuǎn)換來的熱能一部分由電爐構(gòu)筑材料及傳熱的各種因素而散失到空間去了，另一部分則用于對爐內(nèi)工件的加熱，前面的一部分形成了電爐損失功率，后一部分形成了電爐有效功率。 當電 阻 爐開始升溫時，爐內(nèi)砌磚體大量地吸收熱量，以提高本身溫度，在停爐冷下來時又把這一部分熱量散失到空間去；這一部分形成爐體蓄熱損失。一臺先進的電 阻 爐應(yīng)具有低的空爐損失及高的有效功率。較少蓄熱相失?？諣t損失的大小是衡量電爐效率好壞的重要指標，空爐損失小的電爐，可以得到高的技術(shù)生產(chǎn)率及低的單位電能消耗比。一般工業(yè)電阻爐的效率。小型 電爐較低一些大型電爐 較高一些，從 10100 千瓦的箱式電爐效率約為 65-85%，空爐損失約占總功率的 35-15。 電爐從室溫升到工作溫度的時間對電爐的經(jīng)濟指標是有明顯影響的，升溫時間短則爐子投入正常使用的時間就較長每天的生產(chǎn)率就較高，每公斤工件的電耗量就降低，所以要盡量 采用熱慣性小的爐襯材料并降低爐體蓄熱量來加快電爐的升溫速度：爐體的蓄熱量對周期作業(yè)爐影響很大，尤其是每天一班或二班生產(chǎn)的電爐。 對連續(xù)作業(yè)爐其影響就不明顯。加熱能力是一臺電爐的主要技術(shù)指標，加熱能力是指電爐的有效功率，從理論計算上 在一個小時內(nèi)能把指定的材料加熱到額定溫度的最大重量數(shù)，以公斤小時計算。 18 第 8 章 電阻加熱爐基本 結(jié)構(gòu) 及型式 電阻爐是隨著機械工業(yè)的發(fā)展而發(fā)展起來的，由于各種加熱工藝及冶煉工藝上的需要，電阻爐是一個品種很多的產(chǎn)品。電阻爐爐體結(jié)構(gòu)，分周期式及連續(xù)式二個型式來分別介紹。周期式作業(yè)爐。如箱式電爐，臺車式電爐、井式電爐等箱式電爐，外殼一般是用型鋼 、鋼板焊接而成的，小型電爐由于需保持工作面的一定高度，一般均做成帶支架的，在箱型殼體下邊，有支持爐體的腿或支架。中型電爐因本身重量大及加入爐內(nèi)的工件重量也大，所以一般均直接在底盤上焊接爐體及砌磚。大型電爐可以在特定的專用的地基上設(shè)計成無鋼性底盤的結(jié)構(gòu)，而就地焊接砌磚，但這種電爐在安裝后不能吊運及移動。 中小型電爐的爐門可用配重及手動裝置來開閉，下部一般均有砂封槽，有些爐門上邊也設(shè)有砂封槽，以保證良好的密封性，爐門關(guān)閉時，用壓緊裝置使爐門緊密的與門框接觸，減少漏氣。大型電爐可以用電動或氣動、液壓開閉爐門，電加 熱元件一般可以在爐膛內(nèi)左右側(cè)墻上及底面上布置，為了得到良好的熱場，最好在護頂上也布置電加熱元件，因為爐內(nèi)工件一般堆放高度不會超過寬度，所以以上下兩個方面加熱比左右兩個方面加更為有效。大型及中型電爐可以在護門上及后墻上適當?shù)牟贾靡恍╇娂訜嵩詼p少爐內(nèi)的溫差，為了保證爐門口的熱損失能得到更好的平衡，可以在較大的箱型電爐上靠爐門口的爐膛長度 1/3 處作為一個控制區(qū)。 通保護氣體的爐子應(yīng)設(shè)有保證安全運行的必要裝置及良好曲密封性。井式電爐一般均為園筒形爐膛，內(nèi)徑一般最小為 600 毫米，大小了，安裝維修時不方便；爐殼用 型鋼作為骨架再焊上鋼板，小型爐蓋可用手 19 動機構(gòu)開閉，大型及中型的可用電動或液壓等機構(gòu)開閉，高度與直徑好比在 1 一 1.5 的電爐工件一般放管在爐膛底部，高度與直徑比在 2 以上時。工件大部用吊掛方式，吊于爐口內(nèi)或爐上外部的專用吊架上，控制區(qū)的設(shè)置一般以直徑的 11 5 倍為一個。在溫度控制要求不高時有時一個控制區(qū)長度達到直徑的 2 倍。 可控氣氛箱形多用爐。一般在結(jié)構(gòu)上是分為前室及爐膛、冷卻槽，前室由型鋼及鋼板焊成的密封空間下邊與冷知槽相連，上邊為設(shè)有水冷壁的空氣冷卻室。中間有通過工件的軌道及上下升降的料架，由頂 上的氣缸來操作 (可 電氣 動或液動 )下降時工