可控硅溫度控制器在電阻爐中的設計應用

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

在化驗分析中，試樣的溫度要控制在適當的溫度范圍，有時還要按規定的溫度曲線進行升溫和降溫如果采用傳統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定要求。隨著新產品開發的進一步加快，試樣的分析對溫度的要求越來越高。尋找節能環保的加熱控溫設備，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溫度調節器測量和輸出0～10ma或4～20ma控制觸發板控制可控硅導通角的大小，從而控制主回路加熱元件電流大小，使電阻爐保持在設定的溫度工作狀態。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、電流反饋環節、同步信號環節、觸發脈沖產生器、溫度檢測器和pid溫度調節器等部分組成。

2 可控硅溫度控制器的實現方法

2．1溫度檢測和pid調節器構成

工業電阻爐是一類具有非線性、大滯后、大慣性的常見工業被控對象。電阻爐廣泛應用于化驗室樣品熔樣，熱處理中工件的分段加熱和冷卻等。根據工藝對溫度精度的不同要求可以選用不同類型的pid調節器控制溫度在適當的范圍。

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調節的數字式溫度顯示調節儀顯示和調節溫度，輸出0～10ma作為直流信號輸入控制可控硅電壓調整器或觸發板改變可控硅管導通角的大小來調節輸出功率，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雜控制系統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可以取代以往的多個數字溫度指示調節儀，不但實現了設備的升級換代，而且與以往的設備完全兼容。

系統采用普通的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），其量程設置為0～312．5mv，實現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），其量程設置為0～loma。

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

（1）模糊化：采用正態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化成模糊量。

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

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

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