溫度檢測與控制試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、任務(wù)書設(shè)計(jì)參數(shù)：被測溫度 1200，最大誤差不超過 1， 設(shè)計(jì)要求：（ 1）.被控對象為小型加熱爐，供電電壓 220VAC，功率 2KW，用可控 硅控制加熱爐溫度；（2）. 通過查閱相關(guān)設(shè)備手冊或上網(wǎng)查詢， 選擇溫度傳感器、 調(diào)節(jié)器、 加熱爐控制器等設(shè)備（包括設(shè)備名稱、型號、性能指標(biāo)等） ；（3）. 設(shè)備選型要有一定的理論計(jì)算；（4）. 用所選設(shè)備構(gòu)成實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，畫出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；（5）. 列出所能開設(shè)的實(shí)驗(yàn)，并寫出實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、步驟、要求等課程設(shè)計(jì)評語設(shè)計(jì)報(bào)告成績（30%）設(shè)計(jì)過程成績（30%）口試成績（40%）總成績一 摘要本文介紹了一個(gè)簡單的溫度檢測與控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 該系統(tǒng)的被控對象為小 型加

2、熱爐，供電電壓為 220VAC，功率 2KW，被測溫度 1200 度，誤差不超過 1。 本設(shè)計(jì)通過熱電偶測量加熱爐內(nèi)液體的溫度， 將熱電偶的輸出信號直接傳輸?shù)秸{(diào) 節(jié)器，該調(diào)節(jié)器內(nèi)部集成有變送器， 并且可設(shè)定給定溫度值， 本實(shí)驗(yàn)為 1200 度。 調(diào)節(jié)器將偏差信號變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)的 420MA或15v 電信號。該信號輸出到調(diào)功器， 可改變晶閘管導(dǎo)通時(shí)間， 從而調(diào)節(jié)輸出平均電壓的大小， 實(shí)現(xiàn)加熱爐溫度的控制。 經(jīng)驗(yàn)證此控制器的性能指標(biāo)達(dá)到要求。二 系統(tǒng)框圖本系統(tǒng)中， 檢測單元熱電偶， 調(diào)節(jié)器為集成變送器的數(shù)字調(diào)節(jié)器， 執(zhí)行器為 可控硅調(diào)功器，被控對象為加熱爐，被控參數(shù)為溫度。三 設(shè)備選型1 熱電偶熱電偶要

3、求測溫度 1200 度，誤差不超過 1，所以決定了只能用鉑銠等貴 金屬材料熱電偶。鉑銠熱電偶又稱高溫貴金屬熱電偶，鉑銠有單鉑銠（鉑銠 10-鉑銠）和雙鉑銠（鉑銠 30- 鉑銠 6）之分，它們作為溫度測量傳感器 , 通 常與溫度變送器、調(diào)節(jié)器及顯示儀表等配套使用 , 組成過程控制系統(tǒng)，用以 直接測量或控制各種生產(chǎn)過程中 0-1800 范圍內(nèi)的流體、蒸汽和氣體介質(zhì) 以及固體表面等溫度。鉑銠熱電偶的工作原理是鉑銠熱電偶是由兩種不同成分的導(dǎo)體兩 端接合成回路時(shí) , 當(dāng)兩接合點(diǎn)溫度不同時(shí)，就會在回路內(nèi)產(chǎn)生熱電流。如果 熱電偶的工作端與參比端存在有溫差時(shí)，顯示儀表將會批示出熱電偶產(chǎn)生 的熱電勢所對應(yīng)的溫度

4、值。基于測溫精度要求很高， 所以選擇 s 型熱電偶， 即鉑銠 -10 鉑型熱電偶。名稱分度號允差等級級級允差值測溫范圍允差值測溫范圍鉑銠 10鉑WRS或 WRPWRS或 WRPKS1或(1+ ( t-1100 )*0.003 )013001.5 或 0.25 01300由表格知，當(dāng)選擇級 s 型熱電偶時(shí)，其測溫等級可以達(dá)到 1.本設(shè)計(jì)選擇鉑 銠-鉑 WRP系列熱電偶。高溫貴金屬 （ 鉑銠） 熱電偶1、應(yīng)用適用于各種生產(chǎn)過程中高溫場合，廣泛應(yīng)用于玻璃及陶瓷及工業(yè)鹽浴爐等測2、主要技術(shù)參數(shù)電氣出口： M20x1.5,NPT1/2精度等級： I 、 II防護(hù)等級： IP65偶絲直徑： 0.5公稱壓力

5、：常壓3、型號及規(guī)格2 調(diào)節(jié)器 本設(shè)計(jì)采用數(shù)字調(diào)節(jié)器， 內(nèi)集成有變送器， 可直接接熱電偶， 將調(diào)節(jié)后的信 號轉(zhuǎn)換為 4-20MA或 1-5V 的標(biāo)準(zhǔn)信號輸出。數(shù)字式 PID 調(diào)節(jié)器采用了先進(jìn)的嵌入式微處理器，結(jié)構(gòu)緊湊，功能強(qiáng)；采用遵守 CAN2.0A協(xié)議的 82C250和 SJA1000 芯片，數(shù)據(jù)通信快遞精確，全數(shù)字化，全分散，全開放；具有廣泛的適用性，溫 控范圍可達(dá) 01600：精度高，最小可以采樣 2uV 的信號；使用了獨(dú)立的 RAM 存儲器，各種參數(shù)可以隨時(shí)修改和保存： 面板上設(shè)有按鍵和 LED顯示屏， 可以實(shí) 時(shí)地監(jiān)測、更改各個(gè)參數(shù)，操作簡單，工作可靠。本設(shè)計(jì)選擇 SDC40A 數(shù)字

6、指示調(diào)節(jié)器，其規(guī)格說明如下：SDC40A 數(shù)字指示調(diào)節(jié)器SDC40A 小型（ 96mm 96mm ）數(shù)字指示調(diào)節(jié)器是一種高精度 指示調(diào)節(jié)器，可接受熱電偶、熱電阻、直流電壓、直流電流的 輸入信號并對其進(jìn)行控制。規(guī)格表記憶材料半導(dǎo)體不揮發(fā)性存儲器電源85264VAC,50/60Hz一般功能消耗功率25VA max環(huán)境溫度050環(huán)境濕度1090%RH（ 無結(jié)露 ）重量約 750g類型熱電偶,熱電阻,直流電壓 /電流（國際標(biāo)準(zhǔn) ）PV 輸入采樣周期0.1S（PV1）精度0.1%FS偏置-1000 +1000U（U: 工程單位 ）（PV2）類型4 20mACC,1 5VDCPV,SP指示5位7段 LED

7、功能指示2位7段 LED指示設(shè)定柱狀 LEDMV,OK 指示 ,事件指示 ,RSW 監(jiān)視設(shè)定點(diǎn)數(shù)1或 8點(diǎn)可選量程可選擇SP限制下限:-1999 上限上限:下限 26000PID 參數(shù)組8（3D/AK/5K/9K/BK:4 點(diǎn)冷卻 ,4 點(diǎn)加熱 ）PID 自動(dòng)整定普通自整定 /人工神經(jīng)原 + 模糊推論整定 /智能整定控制輸出輸出限幅下限:0 上限 上限:下限 100%變化率限制0.1 10.0%/100ms作用方式正/反作用可選擇SP斜坡026000, 單位 :/h,0.1h./min,0.1/min通道數(shù)4或 12遠(yuǎn)程開關(guān)NOP,READY/RUN,AUTO/MANUAL,REMOTEL/L

8、OCAL AT 啟/停 ,正/反RSW 輸入功能作用,SP選擇（PID 參數(shù)同時(shí) ）,MV 固定輸出輸入 2的比例號選擇 ,計(jì)算 機(jī)的饋方式 1/2事件 EV 輸類型集電極開路干接點(diǎn)入點(diǎn)數(shù)2（標(biāo)準(zhǔn)型）,3 或 8（選項(xiàng)）類型PV,SP,DEV,|DEV|,MV,MFB（ 馬達(dá)位置 ）,ALarm, 回路診斷輸出型式ON/OF SPST 接點(diǎn)輔助輸出（AUX）回路數(shù)1或 2（2G/3D/AK/5K/9K/BK 型:1 點(diǎn)）輸出功能PV,SP,DEV,RSP,MV,MFB信號4 20mAbc（ 負(fù)載電阻 680max）通訊功能RS-485附件 （單獨(dú)訂貨）81446083-001硬防塵蓋81446

9、087-001軟防塵蓋81446084-001端子蓋選型表序號選型表說明基本型號C40A數(shù)字指示調(diào)節(jié)器控制輸出0D時(shí)間比例 PID, 接點(diǎn)容量 :250VAC,5A（ 阻性負(fù)載 ）6D時(shí)間比例 PID,電壓 :22.5VDC 10%2G位置比例 PID（M/M 驅(qū)動(dòng)繼電器 , 接點(diǎn)容量 250VAC）5G連續(xù)比例 PID（4 20mA）3D加熱 /冷卻輸出 ,繼電器輸出 + 繼電器輸出AK加熱 /冷卻輸出 ,繼電器輸出 + 電流輸出5K加熱 /冷卻輸出 ,電流輸出 + 電流輸出9K加熱 / 冷卻輸出 .繼電器輸出 + 電壓輸出BK加熱 / 冷卻輸出 ,電流輸出 + 電壓輸出功能0標(biāo)準(zhǔn)型1外給定

10、型2內(nèi)部串級型電源AS90264VAC,50/60Hz選項(xiàng) （1）00無選擇014 點(diǎn) RSW02增加 1SPDT 事跡034 點(diǎn) PSW+1 點(diǎn) SPDT044 點(diǎn) RSW+1 點(diǎn) AUX051 點(diǎn) SPDT+1 點(diǎn) AUX064 點(diǎn) RSW+1SPDT+1 點(diǎn) AUX074 點(diǎn) RSW+2 點(diǎn) AUX081 點(diǎn) SPDT+2 點(diǎn) AUX094 點(diǎn) RSW+1 點(diǎn) SPDT+2 點(diǎn) AUX選項(xiàng) （2）0無選擇18 點(diǎn) RSW+5 點(diǎn)事件 （ 集電極開路輸出 ）28 點(diǎn) RSW+ 事件 （ 集電極開路輸出 ）+RS485選項(xiàng) （3）00無選擇D0 附測試報(bào)告書T0熱帶處理注:1）選項(xiàng)（1）的

11、2點(diǎn)輔助輸出不能用于 2G/3D/AK/5K/9K/BK 選型2）選項(xiàng)（1）選項(xiàng)（2） 的組合見下表3 執(zhí)行器 根據(jù)系統(tǒng)要求執(zhí)行器選擇可控硅調(diào)功器。 可控硅調(diào)功器就是一種以可控硅（晶閘管）為基礎(chǔ)，以智能數(shù)字控制電路為核心的電源功率控制電器。簡 稱可控硅調(diào)功器。又稱調(diào)功器、可控硅調(diào)壓器、電力調(diào)整器、電壓調(diào)整器、 晶閘管調(diào)壓器、晶閘管調(diào)功器、晶閘管調(diào)整器、調(diào)壓器、晶閘管控制器、 晶閘管交流電力控制器、可控硅調(diào)整器、可控硅控制器、電力控制器、可 控硅交流電力控制器、電壓控制器等。具有效率高、無機(jī)械噪聲和磨損、 響應(yīng)速度快、體積小、重量輕等諸多優(yōu)點(diǎn)。目前可控硅調(diào)功器主要有兩種工 作方式, 一種是移相觸

12、發(fā)工作方式 , 另一種是過零觸發(fā)工作方式 .（1）. 移相觸發(fā)工作方式 :利用數(shù)字電路或模擬電路 , 根據(jù)輸入控制信號 ,計(jì)算出可控硅觸發(fā)控制角 ,并 在過零后進(jìn)行延時(shí)觸發(fā) .（2）. 過零觸發(fā)工作方式 :過零觸發(fā)工作方式通常分為二種 , 第一種是定周期過零控制 , 即在一個(gè)設(shè)定 周期內(nèi)利用通斷比例控制輸出功率大??；第二種是變周期過零控制 , 該工作方式 下, 輸出電壓對負(fù)載沖擊小。設(shè)計(jì)中選擇的調(diào)功器信息如下：Kt16P系列單相可控硅調(diào)壓器 / 調(diào)功器（ 1） 功能概述Kt16P 系列單相可控硅調(diào)壓器 / 調(diào)功器是具有高度智能化的新型功率控制設(shè)備， 集移相調(diào)壓型和變周期過零調(diào)功型兩種觸發(fā)方式于

13、一體， 通過外部轉(zhuǎn)換開關(guān)可在 兩種觸發(fā)方式之間任意轉(zhuǎn)換 , 所以既可以做調(diào)壓器也可以做調(diào)功器。觸發(fā)板采用 CPU控制，并具有看門狗保護(hù)，輸出全部采取隔離技術(shù)，可控硅采用德國原裝進(jìn) 口模塊，過載能力強(qiáng)，可靠性高。設(shè)置方便，接線簡單，具有多種保護(hù)功能。其 有斜率調(diào)整、緩起動(dòng)、緩關(guān)斷、電流限制、過流保護(hù)，散熱器超溫保護(hù)等功能， 與智能溫度控制儀表連接， 實(shí)現(xiàn)溫度的自動(dòng)控制， 適應(yīng)于感性負(fù)載、 阻性負(fù)載及 各種電加熱設(shè)備。（ 2） 技術(shù)規(guī)格控制輸入信號電流輸入： 4-20mADC，輸入阻抗： 120電壓輸入 （ 訂貨時(shí)申明 ）電源電壓： 220VAC 頻率 50HZ （380VAC訂貨申明 ）冷卻方式

14、： 100A及以上強(qiáng)制風(fēng)冷， 50A 及以下自然冷卻 調(diào)節(jié)輸出范圍： （0-100%）Us Us 為電源電壓采樣周期 控制輸入信號： 10次/每秒 負(fù)載電流： 50次/每秒 報(bào)警繼電器觸點(diǎn)容量： 220VAC 1A（阻性 ）運(yùn)行環(huán)境 周圍溫度范圍： -10 50 周圍濕度： 90%RH 海拔高度：超過 1000 米因空氣密度減小應(yīng)降額使用 絕緣阻抗：最小 20M 1000VDC 絕緣體強(qiáng)度： 2500VAC 1分鐘 手動(dòng)調(diào)節(jié)電位器： 10K/2W（3）功能設(shè)定1）P1 電位器P1 電位器是前置放大電位器， 目的是將 4-20mADC轉(zhuǎn)換為 0-5VDC，出廠已設(shè)置好， 無需設(shè)置。2）P2 電位

15、器P2 電位器為過電流報(bào)警設(shè)定電位器，出廠設(shè)置為：當(dāng)負(fù)載電流超過額定電流的1.1 倍時(shí)發(fā)生過流報(bào)警?？筛鶕?jù)需要自行設(shè)置，設(shè)置方法 （設(shè)置時(shí)調(diào)壓器 / 調(diào)功器 必須在移相調(diào)壓型觸發(fā)方式下才能進(jìn)行，如果你訂的是調(diào)功器，請先將USR和GND短路，設(shè)定好之后再斷開 ） ：比如你想讓調(diào)壓器 / 調(diào)功器在負(fù)載電流超過 100A 發(fā)生過電流報(bào)警， 那么你用手動(dòng)功能調(diào)節(jié)調(diào)壓器 / 調(diào)功器輸出的實(shí)際電流為 50A， 這時(shí)把兩位拔碼開關(guān)的第 1位（即 SW-1）拔到左邊（出廠已拔到右邊 ON位置） ，再 調(diào)節(jié) P2 電位器直到三色指示燈 STATE變?yōu)辄S色為止 （ 變?yōu)辄S色后不要再調(diào)節(jié) P2 電位器） ，然后把拔

16、碼開關(guān)的第 1位即 SW-1拔到右邊 ON位置，這樣就完 成了，當(dāng)負(fù)載實(shí)際電流超過 100A時(shí)調(diào)壓器 / 調(diào)功器就會發(fā)生過電流報(bào)警， 調(diào)壓器 / 調(diào)功器停止輸出，報(bào)警繼電器動(dòng)作，三色指示燈 STATE變?yōu)榧t燈直亮。3）P3 電位器P3 電位器為電流限制電位器，出廠設(shè)置為當(dāng)負(fù)載電流超過調(diào)壓器的額定電流時(shí) 調(diào)壓器自動(dòng)減小輸出電壓直到負(fù)載電流小于調(diào)壓器的額定電流。 用戶可根據(jù)現(xiàn)場 需要設(shè)置 P3 電位器。電流限制功能只有調(diào)壓才有這個(gè)功能，調(diào)功方式下沒有這 功能。4）兩位拔碼開關(guān) SW 拔碼開關(guān)的第 1 位即 SW-1拔到左邊的時(shí)候?yàn)檫^電流報(bào)警設(shè)置 （ 參照 4.2） 這時(shí)不 發(fā)生過流報(bào)警，拔到右邊

17、（即 ON位置）的時(shí)候，過電流報(bào)警功能起作用。 SW-2沒 有定義。5）控制端子 USR和 GND若 USR和 GND開路為調(diào)功狀態(tài)， USR和 GND短路為調(diào)壓狀態(tài)。6）控制端子 RS和 GND若 RS和GND開路為緩起動(dòng) （緩起動(dòng)時(shí)間為 15秒） ，U1和GND短路為緩關(guān)斷 （緩關(guān) 斷時(shí)間為 15 秒） 。（4）調(diào)壓/ 調(diào)功說明1） 移相調(diào)壓型 移相調(diào)壓型是通過改變導(dǎo)通角的大小來調(diào)整輸出電壓，這種觸發(fā)方式連續(xù)性好， 輸出電壓平穩(wěn)，無電壓沖擊，能夠限制瞬時(shí)電流，適合各種類型的負(fù)載，目前變 壓器，電感線圈以及變阻性負(fù)載均采用這種觸發(fā)方式。 但是這種觸發(fā)方式會對電 網(wǎng)產(chǎn)生諧波污染。2） 變周期過

18、零調(diào)功型 變周期過零調(diào)功型是在正弦波的零點(diǎn)觸發(fā)， 以完整的正弦波為單位， 通過改變通斷的正弦波的周期來調(diào)整輸出功率。 使導(dǎo)通的正弦波均勻分布， 電壓表、 電流表 的表針只有輕微的抖動(dòng)， 多臺調(diào)整器運(yùn)行時(shí)避免了電流的集中， 因?yàn)樵谡也ǖ?零點(diǎn)觸發(fā)所以對電網(wǎng)沒有污染， 功率因素高， 但無法限制瞬時(shí)電流， 故不能用于 感性負(fù)載和變阻性負(fù)載，恒阻性負(fù)載一般都采用這種觸發(fā)方式。（ 5） 接線端子 C1和端子 C2為自動(dòng)信號輸入端。 1 為正，2 為負(fù)，標(biāo)準(zhǔn)輸入信號為 4 20mA， 其它信號訂貨申明。端子 GND、R1、R2和 V0為自動(dòng)/ 手動(dòng)信號轉(zhuǎn)換輸入端。 手動(dòng)信號由手動(dòng)電位器 提供，電位器的規(guī)

19、格為 10K/2W；不需要手動(dòng)調(diào)節(jié)時(shí)將 R1和 R2短接即可 （出廠 已短接 ） 。端子 USR和 GND上的 SA2開關(guān)為調(diào)壓 / 調(diào)功轉(zhuǎn)換開關(guān)。 SA2斷開為變周期過零 調(diào)功型， SA2閉合為移相調(diào)壓型。端子 RS和 GND上的 SA1開關(guān)為緩起停開關(guān)。 SA1開關(guān)斷開的時(shí)候可控硅調(diào)壓 器/ 調(diào)功器處于運(yùn)行狀態(tài)， SA1開關(guān)閉合的時(shí)候可控硅調(diào)壓器 / 調(diào)功器處于停止?fàn)?態(tài)。當(dāng) SA1開關(guān)從斷開變成閉合時(shí)，可控硅調(diào)壓器 / 調(diào)功器開始緩關(guān)斷，緩關(guān)斷 完成后可控硅調(diào)壓器 / 調(diào)功器進(jìn)入停止?fàn)顟B(tài)。當(dāng) SA1開關(guān)從閉合變成斷開時(shí)，可 控硅調(diào)壓器 / 調(diào)功器開始緩起動(dòng)，緩起動(dòng)完后可控硅調(diào)壓器 / 調(diào)功器進(jìn)入運(yùn)行狀 態(tài)。（在上電時(shí)如果 SA1開關(guān)處于斷開狀態(tài)， 可控硅調(diào)壓器 / 調(diào)功器也具有緩起動(dòng) 功能。 ）端子 9 和 10 是報(bào)警輸出端子，沒有報(bào)警時(shí)為常開，報(bào)警時(shí)為常閉。端子 L1和 L2為觸發(fā)板電源，觸發(fā)板電源必須與主回路電源一致， 否則將不能 正常工作。四 接線圖五 開設(shè)實(shí)驗(yàn)（一）溫度檢測與控制系統(tǒng)性能的測試及分析1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）了解溫度檢測與控制系統(tǒng)的原理及使用方法（2）學(xué)會對溫度檢測與控制系統(tǒng)的性能測試2 實(shí)驗(yàn)要求實(shí)驗(yàn)要求通過測試加熱到一定溫度時(shí)需要的時(shí)間來反應(yīng)系統(tǒng)的響應(yīng)速度， 通 過觀察系統(tǒng)受到干擾后恢復(fù)穩(wěn)定的能力來反應(yīng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性， 干擾