新時期智能型高溫爐控制系統(tǒng)研究

潘木強(qiáng)

摘 要：在金屬熱處理工藝試驗(yàn)中，常用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備主要有箱式加熱用電阻爐，控制方式主要包括自動和手動。在自動加熱過程中，智能選取一種功率進(jìn)行；在升溫過程中，不能按照變功率、分段方式自動完成。在熱處理工藝試驗(yàn)升溫過程中，各個分段中的升溫速率要求、標(biāo)準(zhǔn)均不相同。因此，必須采用自動與手動有機(jī)結(jié)合在一起的方式。主要針對箱式加熱用電阻爐溫控制系統(tǒng)通過日本島電FP93可編程PID調(diào)節(jié)器進(jìn)行改造的工藝和原理進(jìn)行深入分析，探究新時期智能型高溫爐控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：智能型；高溫爐；FP93；控制系統(tǒng)

中圖分類號：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）06-0046-02

新時期智能型高溫爐控制系統(tǒng)中原用的控制方式在溫度控制方面的精度較低，智能型高溫爐控制系統(tǒng)超調(diào)大，無法確保試驗(yàn)的成功率和重現(xiàn)性，試樣經(jīng)常會出現(xiàn)報廢情況，這對試驗(yàn)的質(zhì)量和進(jìn)度有著嚴(yán)重的影響。因此，本文主要采用FP93可編程PID調(diào)節(jié)器改進(jìn)智能型高溫爐控制系統(tǒng)，確保在熱處理工藝試驗(yàn)過程中能夠滿足其一系列的要求。

1 智能型高溫爐控制系統(tǒng)的構(gòu)成

新時期智能型高溫爐控制系統(tǒng)主要采用的是小型閉環(huán)控制系統(tǒng)，主要構(gòu)成部分為執(zhí)行元件、可控硅電路和FP93可編程PID調(diào)節(jié)器等。使用鼓風(fēng)機(jī)確保箱內(nèi)加熱處于一個均勻的狀態(tài)，使用電鈴實(shí)時反映試驗(yàn)的情況，對出現(xiàn)的任何異常情況能夠及時報警。

2 智能型高溫爐控制系統(tǒng)的原理

將智能型高溫爐控制系統(tǒng)升溫過程中各個分段的加熱時間、初始溫度分別輸入FP93可編程PID調(diào)節(jié)器中，溫控儀自動對比測溫元件反饋值和設(shè)定溫度，經(jīng)過內(nèi)部特定專業(yè)PID計(jì)算，對1個0～10 mA的電流信號進(jìn)行輸出，對可控硅觸發(fā)電路進(jìn)行控制，以此對可控硅運(yùn)作進(jìn)行有效的控制。對加熱功率進(jìn)行合理的調(diào)節(jié)，使其達(dá)到變功率保溫或升溫的目的，使工藝試驗(yàn)?zāi)軌蚍弦蟆?/p>

3 關(guān)鍵電路的分析

3.1 FP93可編程PID調(diào)節(jié)器概述

FP93可編程PID調(diào)節(jié)器需要按照一定的時間規(guī)律對控制給定值進(jìn)行自動改變，由此可見，其控制的應(yīng)用范圍十分廣泛。FP93可編程PID調(diào)節(jié)器具有強(qiáng)大的編程功能、操作能力和先進(jìn)的設(shè)計(jì)，共有4組40段可編程曲線，它可以對升溫斜率、降溫斜率進(jìn)行任意的設(shè)置，結(jié)構(gòu)為高抗干擾性，使用的是專家PID調(diào)節(jié)方式，以此確保智能型高溫爐控制系統(tǒng)無欠調(diào)、無超調(diào)，具有曲線擬合功能，可以實(shí)現(xiàn)平順、光滑的曲線控制效果。FP93可編程PID調(diào)節(jié)器的編程編排主要采用的是溫度至?xí)r間、時間至溫度的格式，可以對當(dāng)前的溫度進(jìn)行設(shè)置，經(jīng)過此段設(shè)置的時間可延伸至下一個溫度。實(shí)際上就是智能型高溫爐控制系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，采用特定的專家PID算法，根據(jù)各個分段中的初始溫度和過程時間，對自身的輸出信號進(jìn)行改進(jìn)，利用執(zhí)行機(jī)構(gòu)對智能型高溫爐控制系統(tǒng)的加熱功率自動進(jìn)行更改，當(dāng)運(yùn)行時間達(dá)到設(shè)定時間時，程序能夠自動轉(zhuǎn)到下一個分段中運(yùn)行。溫度—時間的編程方法具有升溫斜率和降溫斜率設(shè)置范圍十分寬泛的優(yōu)勢，而且升溫段和恒溫段在設(shè)置格式上是統(tǒng)一的，便于學(xué)習(xí)，對曲線的設(shè)置也比較靈活。

3.2 可控硅觸發(fā)器

為了提高智能型高溫爐控制系統(tǒng)在運(yùn)行過程中的穩(wěn)定性、可靠性，要求其同時具備自動調(diào)節(jié)方式和手動調(diào)節(jié)方式。由于晶閘觸發(fā)器采用ZK-03型三相可控硅過零觸發(fā)器，又可以將其稱為晶閘管交流調(diào)功器。現(xiàn)階段，晶閘管交流調(diào)功器的使用范圍非常廣，晶閘管交流調(diào)功器的工作原理就是在FP93可編程PID調(diào)節(jié)器輸出信號控制下，當(dāng)正弦波過零時，發(fā)出相應(yīng)的脈沖列，以此觸發(fā)小晶閘管，而小晶閘管又觸發(fā)大電流晶閘管，對晶閘管進(jìn)行保護(hù)，并且使用正弦波進(jìn)行過零觸發(fā)，保證晶閘管輸出的正弦波處于完整狀態(tài)。將負(fù)載電流瞬態(tài)浪涌、傳導(dǎo)干擾和輻射干擾的影響降到最小，內(nèi)部中的脈沖變壓器觸發(fā)電網(wǎng)與電路之間的隔離，以此減小電網(wǎng)波動對電路觸發(fā)產(chǎn)生的影響。

4 智能型高溫爐控制系統(tǒng)的調(diào)試

初次使用FP93可編程PID調(diào)節(jié)器時，應(yīng)當(dāng)通過儀表自整定功能確定控制參數(shù)，以此實(shí)現(xiàn)合理的控制。通過在分段中對給定值進(jìn)行設(shè)定，啟動自整定功能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。由表1可知，在不同的給定值下，智能型高溫爐控制系統(tǒng)整定獲取的數(shù)值存在一定的差異性，因此，應(yīng)當(dāng)在程序運(yùn)行至最為常用的給定值時啟動自整定，這樣只需要整定一次。儀表在自整定完成后，能夠改進(jìn)相應(yīng)的控制參數(shù)，將其變?yōu)榻範(fàn)顟B(tài)，防止操作失誤而造成自整定再次啟動。FP93可編程PID調(diào)節(jié)器程序編排主要采用的是溫度至?xí)r間、時間至溫度的格式，即從當(dāng)前分段中設(shè)定的溫度，然后通過此分段設(shè)置的時間轉(zhuǎn)至下一個溫度。溫度單位為攝氏度，時間單位為分鐘。

5 結(jié)束語

綜上所述，新時期智能型高溫爐控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和精準(zhǔn)性較好，能夠充分滿足熱處理工藝試驗(yàn)中各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)和工藝，操作較為簡便，能夠?qū)崟r了解儀表的運(yùn)行情況。除此之外，F(xiàn)P93型智能溫控儀具備停電處理功能，能夠在突然停電的情況下將當(dāng)前段號進(jìn)行保存，以此提高產(chǎn)品的合格率和統(tǒng)一性，減少人為的不利因素。

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〔編輯：白潔〕