基于可控硅溫度控制器的電阻爐的設(shè)計應(yīng)用

介紹可控硅溫度控制器的組成和原理及實現(xiàn)方法，并著重介紹了pid功能的原理和實現(xiàn)，最后描述了系統(tǒng)的應(yīng)用情況.

在化驗分析中，試樣的溫度要控制在適當?shù)臏囟确秶?，有時還要按規(guī)定的溫度曲線進行升溫和降溫如果采用傳統(tǒng)的接觸器通斷控制方式不但溫度控制精度低，而且能耗高，甚至很多控制溫度無法滿足規(guī)定要求。隨著新產(chǎn)品開發(fā)的進一步加快，試樣的分析對溫度的要求越來越高。尋找節(jié)能環(huán)保的加熱控溫設(shè)備，可控硅溫度控制器是目前行之有效的方法。

1 可控硅溫度控制器的組成與原理

溫度測量與控制是熱電偶采集信號通過pid溫度調(diào)節(jié)器測量和輸出0～10ma或4～20ma控制觸發(fā)板控制可控硅導(dǎo)通角的大小，從而控制主回路加熱元件電流大小，使電阻爐保持在設(shè)定的溫度工作狀態(tài)。可控硅溫度控制器由主回路和控制回路組成。主回路是由可控硅，過電流保護快速熔斷器、過電壓保護rc和電阻爐的加熱元件等部分組成。

控制回路是由直流信號電源、直流工作電源、電流反饋環(huán)節(jié)、同步信號環(huán)節(jié)、觸發(fā)脈沖產(chǎn)生器、溫度檢測器和pid溫度調(diào)節(jié)器等部分組成。

2 可控硅溫度控制器的實現(xiàn)方法

2．1溫度檢測和pid調(diào)節(jié)器構(gòu)成

工業(yè)電阻爐是一類具有非線性、大滯后、大慣性的常見工業(yè)被控對象。電阻爐廣泛應(yīng)用于化驗室樣品熔樣，熱處理中工件的分段加熱和冷卻等。根據(jù)工藝對溫度精度的不同要求可以選用不同類型的pid調(diào)節(jié)器控制溫度在適當?shù)姆秶?

對于要求保持恒溫控制而不要溫度記錄的電阻爐采用帶pid調(diào)節(jié)的數(shù)字式溫度顯示調(diào)節(jié)儀顯示和調(diào)節(jié)溫度，輸出0～10ma作為直流信號輸入控制可控硅電壓調(diào)整器或觸發(fā)板改變可控硅管導(dǎo)通角的大小來調(diào)節(jié)輸出功率，完全可以滿足要求，投入成本低，操作方便直觀并且容易維護。

對于要求溫度控制精度高，多點溫度控制和記錄的復(fù)雜控制系統(tǒng)采用小型計算機控制是比較理想的以普通pc機和以pci總線的輸入輸出模塊組成控制系統(tǒng)可以取代以往的多個數(shù)字溫度指示調(diào)節(jié)儀，不但實現(xiàn)了設(shè)備的升級換代，而且與以往的設(shè)備完全兼容。

系統(tǒng)采用普通的pc機和康拓工控的模擬量輸入和輸出板。模擬量輸入板采用pci總線dc／dc光隔32路12位a／d板（pci5413d），其量程設(shè)置為0～312．5mv，實現(xiàn)對熱電偶溫度信號的采集。模擬量輸出板采用pci總線dc／dc光隔8路12位d／a板（pci5416d），其量程設(shè)置為0～loma。

系統(tǒng)軟件完成驅(qū)動程序的安裝，板卡軟件安裝程序的初始化設(shè)置；熱電偶毫伏對照表根據(jù)熱電偶的型號將毫伏值轉(zhuǎn)換成溫度值，通過溫度設(shè)定值或程序給定曲線值比較的偏差作為數(shù)字pid的輸入。由于電阻爐純滯后特點，數(shù)字pid設(shè)計采用大林控制算法，使系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)具有帶純滯后的一階慣性環(huán)節(jié)，使要求純延遲時間等于被控對象的純延遲時間。然而pid參數(shù)的整定比較復(fù)雜，基于工藝過程對爐溫穩(wěn)定性和精確度的要求，選擇二維模糊控制器在軟件設(shè)計和調(diào)試整定比較容易實現(xiàn)。模糊控制不需要建立控制對象的精確數(shù)學(xué)模型，只要求把人工操作的經(jīng)驗與數(shù)據(jù)歸納成較完善的語言控制規(guī)則，典型的二維模糊控制器的設(shè)計通常包括以下四個組成部分：

（1）模糊化：采用正態(tài)分布確定模糊變量的賦值表，將溫度誤差和誤差變化量的精確量轉(zhuǎn)化成模糊量。

（2）模糊推理：按照語言控制規(guī)則進行模糊推理，求出系統(tǒng)全部模糊關(guān)系所對應(yīng)的控制規(guī)則并置于規(guī)則庫。

（3）模糊判決：用“最大隸屬度法”、“加權(quán)平均判決法”等方法得到控制參數(shù)的模糊量。

（4）去模糊化：把模糊判決后的結(jié)果由模糊量轉(zhuǎn)化成為可以用于實際控制的精確量。