電加熱爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計

電熱度制設(shè)

電熱度制設(shè)（發(fā)布日：2013-6-10）電熱著學(xué)的展業(yè)產(chǎn)水的，經(jīng)金化機(jī)等工業(yè)制到廣用，在民中有足的位于樣具非、大后慣、性升向等的控對很用方建確數(shù)型因用統(tǒng)制論法難好控效單機(jī)其高靠高性格、控方單靈大優(yōu)，工制統(tǒng)智儀儀諸領(lǐng)到泛。采單進(jìn)爐制，提控量自化。1前

在人類生活環(huán)境中溫度扮著極其重要角色。度是工業(yè)生中常見的工參數(shù)之一，何物理化和化學(xué)反過程都溫度密切相，因此度控制生產(chǎn)自動化重要任。對于不同產(chǎn)情況工藝要求下溫度控，所采用加熱方式，料，控方案也有所同。無你生活在哪，從事么工作無時無刻不與溫度著交道。自18世紀(jì)工革命以，工業(yè)發(fā)展是否能握溫度有著對的聯(lián)。在冶金、鐵、石、水泥、玻、醫(yī)藥等行業(yè)可以說幾乎工業(yè)部都不得考慮著溫度因素。在現(xiàn)代的工業(yè)生產(chǎn)，電流電壓、溫度壓力、量、流速和關(guān)量都是常的主要被控數(shù)。例：在冶金工、化工產(chǎn)、電力工、造紙業(yè)、機(jī)制造和食品工等諸領(lǐng)域中，人都需要各類加熱爐熱處理、反應(yīng)爐鍋爐中的溫進(jìn)行檢和控制。從市場度看[1]

如果我國的中型企將溫度控制統(tǒng)引入產(chǎn)，可以低消耗控制成本，從而高生產(chǎn)率。嵌入式度控制統(tǒng)符合國家出的“節(jié)能排”的要求，符合家經(jīng)濟(jì)展政策，具十分廣的市場前景現(xiàn)今，應(yīng)比較成熟的電力脫硫設(shè)備，主控器在主蒸汽度控制統(tǒng)中的應(yīng)用，經(jīng)達(dá)到了世前進(jìn)水。如今，在電子業(yè)中。度控制系統(tǒng)越來越重，如單晶爐神經(jīng)網(wǎng)系統(tǒng)的控制因此。溫度制系統(tǒng)濟(jì)前景非常廣泛我國的高新尖行業(yè)究其應(yīng)用的義更是加重大。單片微計算機(jī)（singlechipmicrocomputer）稱為單機(jī)[2]，它是類專用制器而設(shè)計通用或用微型計算系統(tǒng)，密度集成了通微機(jī)微處理、一定容量及輸入出接口，定時器電路于塊芯片上構(gòu)的。單片微計算機(jī)是隨超大規(guī)集成電路技的發(fā)展誕生的，由它具有體積、功能強(qiáng)、價比高特點(diǎn)，所以泛應(yīng)用電子儀表、用電器節(jié)能裝、軍事裝置機(jī)器人工業(yè)控制等多領(lǐng)域使產(chǎn)品小型、智能，既提高產(chǎn)品的功能質(zhì)量，降低了成本簡化了計。

采用MCS-51片機(jī)來溫度進(jìn)行控，不僅有控制方便組態(tài)簡和靈活性大優(yōu)點(diǎn)，而且以大幅提高被控溫的技術(shù)標(biāo)，從而能大大提產(chǎn)品的量和數(shù)量。此，單機(jī)對溫度的制問題一個工業(yè)生中經(jīng)常遇到的題。2溫制統(tǒng)背與究狀隨著新術(shù)的不斷開與應(yīng)用近年來單片發(fā)展十迅速，一個微機(jī)應(yīng)用為的新技術(shù)革浪潮正蓬勃興起，片機(jī)的用已經(jīng)滲透電力、金、化、建材、機(jī)、食品石油等各個業(yè)。單機(jī)溫度控制統(tǒng)是數(shù)系統(tǒng)的個簡單應(yīng)用在冶金化工、建材機(jī)械、品、石油等類工業(yè)，廣泛使于加熱爐、處理爐反應(yīng)爐等。溫度是業(yè)對象中的個重要被控參數(shù)。于爐子種類不同，而所使用的料和加熱方也不同例如煤氣、然氣、、電等;于工藝同，所需要溫度高低不，因而采用的測溫件和測方法也不同產(chǎn)品工藝不同，控溫度的精度不同，而對數(shù)據(jù)采的精度所采用的控算法也同。傳統(tǒng)的度采集方法僅費(fèi)時力[3]

而且精度差單片機(jī)的出使得溫的采集數(shù)據(jù)處理問能夠得很好的解決不僅如，傳統(tǒng)的控方式不滿足高度，高速度控制要，如溫度控表溫度觸器，其主缺點(diǎn)是度波動圍大，由于主要通控制接觸器通斷時比例來達(dá)到變加熱率的目，受儀表本誤差和流接觸器的命限制通斷頻率很。近幾來快速展了多種先的溫度制方式，如PID控制模糊控，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)遺傳算控制等。這控制技大大的提高控制精，不但使控變得簡，而且使品的質(zhì)量更，降低產(chǎn)品的成本提高了產(chǎn)效率。隨單片微計算機(jī)功能不斷的強(qiáng)，為進(jìn)的控制算提供的體，許多高能的新機(jī)種應(yīng)而生。國內(nèi)外度控制系統(tǒng)展迅速3]

，并在能化、自適、參數(shù)整定等方面取得成。目前社會上溫控制大采用智能調(diào)器，國調(diào)節(jié)器分辨和精

度較低溫度控制效果不是很想，但格便，國外節(jié)器辨率和度較高，價較貴。日本美國、德、瑞典等技領(lǐng)先，生產(chǎn)出了批商品化的、能優(yōu)異的度控制及儀器儀表并在各業(yè)廣泛用。們主要具有如的特點(diǎn)：一適應(yīng)于慣性、大滯等復(fù)雜度控制系的控制--是能夠應(yīng)于受控系數(shù)學(xué)模難以建立的度控制統(tǒng)的控制；三是能夠適應(yīng)于受系統(tǒng)過程復(fù)、參數(shù)變的溫度控系統(tǒng)的制；四是溫控制系統(tǒng)普遍采自適應(yīng)控制自校正制、模糊控、人工能等理論及算機(jī)技，運(yùn)用先進(jìn)的算，適的范圍泛；是溫控普遍具有參自整定能。借助計算軟件技術(shù)溫控器有對控制對控制參及特性進(jìn)行動整定功能。有還具有自學(xué)功能，能夠據(jù)歷經(jīng)驗(yàn)及制對的變化況，自動調(diào)整相控制參數(shù)，保證控效果的最化；六是具控制精高、抗干擾力強(qiáng)、棒性好的特。目前國內(nèi)外溫度控制系及儀表正朝高精度智能化、型化等方面速發(fā)展3

電熱溫控系的件計案電加熱溫度控制系的硬件圖1所示部件組[4]

，它以單片為核心外擴(kuò)鍵盤輸和LED示溫度電加熱爐爐的實(shí)際度由熱電偶量并轉(zhuǎn)成毫伏級的壓信號通過溫度變器橋路現(xiàn)零點(diǎn)遷移冷端補(bǔ)，經(jīng)運(yùn)算大器7650放到5V再經(jīng)過源低通波器濾波后由換成數(shù)字。此數(shù)字量數(shù)字濾、標(biāo)度轉(zhuǎn)換，一方通過爐溫顯出來；另方面，將該度值與控溫度值進(jìn)比較，據(jù)其偏差值大小，用制，通PWM脈沖調(diào)寬率放大控制SSR態(tài)繼電器來制電加爐爐絲導(dǎo)通時間，可以控電爐絲的加功率大，從而控制爐的溫及升溫度，使其逐趨于給值且達(dá)到平。3.1

熱電偶選取熱電偶溫度測量傳器[5]，對它的選擇將接影響測誤的大小目前多選或S型鎳鉻-硅）熱偶。兩者相，K型較好的度—熱電勢的線性，但它不適于長時在高溫區(qū)適；型有高精度，但溫—熱電勢的線度較差。

3.2A/D換器圖1中A/D換芯采用ADC0809，其轉(zhuǎn)精度是若電加爐工作溫度256℃這樣在（0256）℃范A/D轉(zhuǎn)換度為256/256＝1/bit即一個數(shù)字表示1℃，這顯不能滿足控精度為要求。了提高控精度，可以用更高的轉(zhuǎn)換器，10、、位換器，控值精度均滿足要。然而根據(jù)際需要度控制情況也可以過具有點(diǎn)遷移和冷補(bǔ)償功的溫度變送路，縮測溫的范圍如爐溫到90后要求度維持℃基本不就可以測溫圍縮小0～128、（256）℃，而使理設(shè)計控溫精達(dá)到±0.5。3.3

低漂移伏放大器低漂移伏放大器如2所示。A1用性能良的斬穩(wěn)零運(yùn)算放器ICL7650，斬波容C1C2用絕緣電高的聚脂薄電容器由調(diào)零放大在斬波蕩器和時鐘路控制輪流為身的主放大調(diào)零。D2用低漏流的硅開二極管，起護(hù)ICL7650的作用。A1出信經(jīng)二階源低濾波器波，使信噪S/N提高，此有源低通濾波器截止頻約。A2的增益1，可選用A2輸出經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字號后讀單片機(jī)，然由軟件換成相應(yīng)的溫度示值。3.4

固態(tài)繼器控溫電路單片機(jī)過PWM脈沖調(diào)功率放器控制SSR固態(tài)繼電器節(jié)電爐的功率而達(dá)調(diào)節(jié)溫度的的[7]

調(diào)功的原理：電網(wǎng)連個完整的弦波為個控制期T則。在設(shè)定周期內(nèi)控制回路導(dǎo)通n（N）個完整的正波，則負(fù)載率為P=n*U*U/(R*N)因此，要控制設(shè)定的周器T內(nèi)主回路通的周波數(shù)的個數(shù)，就調(diào)節(jié)負(fù)載的率。用Z型流固態(tài)繼電SSR，實(shí)現(xiàn)觸發(fā)交調(diào)功[8]

。設(shè)光電離電路，可少與電網(wǎng)的互干擾這是一種較進(jìn)的控方法。

8051片機(jī)通過內(nèi)部定器來組開關(guān)量通道出隨時值變化的PWM波，并脈沖調(diào)寬功放大器制每個調(diào)功期固態(tài)電器導(dǎo)通的壓正弦波數(shù)，而控制電加爐的溫。3.5

飛升曲法實(shí)測電加爐參數(shù)電加熱是一階慣性純滯后節(jié)[8]=K*exp(-t)/(1+Ts)。

，傳遞數(shù)為：（s輸出從始值到達(dá)0.632穩(wěn)定值時間即為時常數(shù)T，滯后時τ可直接圖中測量。時實(shí)測飛升曲線（圖3）彎曲[9]

，左圖一階純滯后的自衡對象，圖τ為純滯時間；圖為階純滯的非自平衡象，圖中系統(tǒng)時常數(shù)放大系，為隨取溫，室溫T[10]。時可用一階加純滯的虛擬曲線逼近，起始部分則定出一等效的滯后間τ，可在曲線率的折點(diǎn)處一切線與時間軸的點(diǎn)認(rèn)為一階的起點(diǎn)坐標(biāo)原到一階起點(diǎn)即純滯時間τ，一階的起到切線穩(wěn)定值的交的時間時間常數(shù)T。4

爐控系的展展近年來溫度的檢測理論上展比較成熟但在實(shí)測量和控制，如何保證速實(shí)時地對度進(jìn)行樣，確保數(shù)的正確輸，并能對測溫度進(jìn)行較確的控制，然是目需要解決的題。溫測控技術(shù)包溫度測技術(shù)和度控制技術(shù)個方面11]

。在溫的測量技術(shù)，接觸測溫發(fā)展較，這種測方法的優(yōu)點(diǎn):簡單可靠低廉、量精度較高一般能測得真實(shí)溫度由于檢元件熱性的影響，應(yīng)時間長，對熱容量小的體難以實(shí)現(xiàn)精的測量，并該方法適宜于對腐性介質(zhì)溫，不能用超高溫量，難測量運(yùn)動物的溫度另外的非接式測溫法是通過對射能量的檢測來現(xiàn)溫度測量方法，優(yōu)點(diǎn)是:不破被測場，可測量容量小物體，于測量運(yùn)動體的溫，還可以測區(qū)域的度分布，響速度較。但也存測量誤差大，儀指示值一般代表物表觀溫度，溫裝置構(gòu)

復(fù)雜，格昂貴等缺。因此，在際的溫測量中，要據(jù)具體測量對象選擇合的測量方法在滿足量精度要求前提下量減少投入現(xiàn)代信技術(shù)的三大礎(chǔ)是信采集(傳感器技術(shù)、信息傳通信技術(shù)和信息處算機(jī)技術(shù))[12]。傳感屬于信息技的前沿端產(chǎn)品，尤是溫度感器被廣泛于工農(nóng)生產(chǎn)、科學(xué)究和生等領(lǐng)域，數(shù)高居各傳感器首。溫度傳器的發(fā)展大經(jīng)歷了下三個階段(1)統(tǒng)的分式溫度傳器(含敏感件)；(2)模擬成溫度感器／控制；(3)能溫度感器。國際上型溫度傳感正從模式向數(shù)字式由集成向智能化、絡(luò)化的方向展[12]

。在20紀(jì)代中期早推出的智溫度傳器，采用的8A/D換器，測溫精較低，辨力只能達(dá)1°C。國外相繼推多種高精、高分辨力智能溫傳感器，所的是9~12位轉(zhuǎn)換器，分力一般可0.5~0.0625由美國DALLAS半導(dǎo)體司新研的型高分力智能度傳感器，輸出13二進(jìn)制數(shù)，其分力高達(dá)0.03125°C，溫精度為[13]為了提高多道智能度傳感器的轉(zhuǎn)換率，也的芯片采用高逐次逼近式換器。前，能溫度傳器的總技術(shù)也實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范化所采用的總主要有線(1-Wire)線、I2C線、總線和SPI線。溫度傳器作為機(jī)可通過專總線接與主機(jī)進(jìn)行通信。以往在產(chǎn)過程和科實(shí)驗(yàn)中要對溫度進(jìn)控制,般采用字調(diào)節(jié)儀表或者模,但它們卻存在定的缺而采用單片進(jìn)行溫的調(diào)節(jié)與控就大大提了可靠性和靈敏度。目前隨著物網(wǎng)概念的日普及，于單片機(jī)所組成數(shù)據(jù)采集和制系統(tǒng)已在各個領(lǐng)得到了泛的應(yīng)用[14]

。傳感是信息產(chǎn)業(yè)重要基礎(chǔ)元，應(yīng)用航天、軍工家電、車電子、IT、療和特種設(shè)備方面。單片機(jī)度控制系統(tǒng)以MS-5l單片機(jī)為控核心，輔以樣反饋路，驅(qū)動電，晶閘管主路對電爐溫進(jìn)行控的微機(jī)制系統(tǒng)。系采用單環(huán)形式其基本控制理為15]

:將溫設(shè)定值即輸入制量)和溫度反饋值同時

送入控電路部分，后經(jīng)過節(jié)器運(yùn)算得輸出控量，輸出控量控制動電路到控制電壓加到被對象上，電因此達(dá)一定的溫度傳統(tǒng)的普通雙向晶管（SCR）制的高電加熱爐采移相觸電路改變晶閘導(dǎo)通角的大來調(diào)節(jié)出功率，達(dá)自動控電加熱爐溫的目的。這種移方式輸出一非正弦，實(shí)踐表明種控制式產(chǎn)生相當(dāng)?shù)闹蓄l擾，并過電網(wǎng)傳輸給電力統(tǒng)造