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            【摘 要 】在熱工計量檢定中,為實現檢定溫場的動態精確控制,設計出了以島電SR93溫控模塊為核心的檢定爐控制器.實驗表明,控制器的設計方案可行,達到了控制檢定爐高效穩定的達到計量檢定溫度點的預期要求.

            【關 鍵 詞 】SR93,檢定爐,PID,熱電偶,控制器

            在熱工計量檢定校準中,需要將熱電偶放置在300-1600℃高溫檢定爐的均勻溫場中.檢定系統需要將溫度控制點傳送給智能溫度控制器,由智能溫度控制器實施對檢定爐的溫度控制.

            島電SR93是一款0.3級儀表精度、四位LED顯示、可設定偏移值、雙輸出、雙報警,且帶模擬變送及通信功能的智能溫度調節模塊.以島電SR93溫控模塊為核心的檢定爐控制器可以依照手動設置或上位機傳送的溫度參數,運用PID算法尽快的調整檢定爐的溫度值[1,2].

            1.控制系統的構成

            由于被控檢定爐功率較大,所以采用交流接觸器實現大電流的通斷控制,同時在220V 交流電接入端放置漏電保護器,以免設備發生漏電故障對操作者產生人身危險.檢定爐控制器在使用時,常需要进行溫度參數調整,因此,控制系統采用“電源總開關”和“加熱開關”實現不同功能的電源通斷.上電時先開啟“電源總開關”,待調整好輸入參數且接線完畢后,再開啟“加熱開關”.SR93可以應用熱電偶(需进行冷端補償)或熱電阻放入檢定爐中作為前端傳感器,根據溫度反饋信號輸出直流控制信號(0~10V)調整單相交流調壓模塊的輸出[3].SR93同時具有單觸點繼電器事件輸出端口,可外接220V交流供電的蜂鳴器實現告警功能,如圖1所示.


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            圖1 控制系統結構圖

            圖2 交流調壓模塊接線圖

            2.交流調壓模塊

            全隔離單相交流調壓模塊集同步變壓器、相位檢測電路、移相觸發電路及輸出可控硅于一體,可以有效的實現控制電路與高壓電路的隔離,當改變控制信號的大小,就可以改變可控硅輸出觸發相位角的大小,即實現單相交流電的調壓,如圖2所示是交流調壓模塊與檢定爐的接線圖,模塊采用220V交流供電,檢定爐連接在模塊的1端和4端,接地端與SR93模塊共地處理,控制信號con輸入端與SR93的信號輸出端相連接[4].

            3.島電SR93溫控模塊

            3.1 硬件連接

            圖3為SR93控溫模塊的背板接線圖,11端和12端連接220V交流電,13端與檢定爐控制器进行“共地”處理,7端和10端連接熱電偶傳感器(由于檢定爐溫度在0~1700℃,采用S型熱電偶,对应參數設置代碼03),用于接收溫度反饋信號,1端、2端和3端都作為模塊的RS232串口輸出端,由于控制器在大電流下工作,需將RS232控制線进行屏蔽抗干擾處理,14端和15端輸出0~10V的直流控制信號,18端和19端連接事件報警器.

            圖3 SR93溫控模塊接線圖

            3.2 PID控制算法

            PID控制算法是經典的自動控制算法,在PID控制系統中,執行機構是一直工作的,且工作強度時可調節的,即可以從停止工作狀態調整到滿負荷運行狀態,執行機構接收到的控制信號是一個準模擬信號.只要合理設置KP、KI和KD三個控制常數,就可滿足各种自動控制系統的要求.KP數值越大,控制系統的靈敏度越高,對誤差的反应越強烈,使控制對象能夠尽快的達到設置值,但也容易使系統不穩定,反应過度,KI可用協同KP來加強控制效果,KD輸出專門用來對抗系統的激烈變化,產生超前的控制作用,有給被控系統“打預防針”的作用.SR93模塊帶有“自整定”功能,控制參數自整定是通過多次自動記錄系統實際運行軌跡,然后對多次記錄的數據进行分析,得到控制對象等效數學模型中的關鍵參數,從而求出比較合理的控制參數.例如,將檢定爐溫設置在300℃,进行AT自整定操作,SR93模塊會根據現有

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            的負載和傳感器信息,多次調整到300℃,然后顯示出针对該溫度參數的KP、KI和KD值.依據相應熱工檢定規程,調試得出不同溫度檢定點的PID參數值,针对不同的溫度點,輸入相对应的PID參數值,如果出現溫度較明顯升高的“超調”現象,逐步微調KD值的大小即可[5,6].

            3.3 通信格式

            SR93溫控模塊可以實現RS232/RS485/RS422的通信連接,可以依據發送和應答的通信格式如圖4所示,設計出檢定爐控制器的上位機軟件,在不同階段中輸入针对不同溫度檢定點的PID參數值,實現SR93的動態控制.需要手動將控制模式由“LOC本地模式”調整到“COM通信模式”.

            圖4 SR93發送和應答通信格式

            圖5 控制器裝置實物圖

            4.結論

            檢定爐控制器經上電調試,可以滿足熱工計量檢定規程中的溫度控制要求,較快的達到預設的檢定點溫度值,實現了預期設計目標,控制器裝置實物圖如圖5所示.

            參考文獻

            [1]周秀紅,王鵬等.熱電偶檢定系統中檢定爐的溫度控制及分析[J].吐哈油氣,2006,11(4):383-386.

            [2]李平,周育才,吳奇志.熱電偶檢定爐爐溫模型參考自適應控制的研究[J].控制系統,2006,9(01):87-89.

            [3]周沖,楊平,程惠爾.檢定爐爐溫智能控制仿真研究[J].上海電力學院學報,1997,13(03):23-28.

            [4]楊奕武.熱電偶檢定爐用精密恒溫器[J].計量技術, 1990,7:24-26.

            [5]仝立工,陳順德,李中平.熱電偶檢定爐的溫度控制問題及分析[J].計量技術,2002,3:19-20.

            [6]劉金和.加快檢定爐控溫速度的1種方法[J].航空計量技術,1995,15(01):39-40.

            作者簡介:

            冷溪(1982―),男,遼寧沈陽人,碩士,工程師,主要研究方向:自動控制及數控技術的研究.

            裴銳(1982―),男,遼寧沈陽人,碩士,工程師,主要研究方向:熱工計量檢定校準研究.

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