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(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)了設備的升級換代，而且與以往的設備完全兼容。
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。
2．2觸發(fā)電路
可控硅觸發(fā)電路應滿足下列要求：觸發(fā)脈沖的寬度應保證可控硅可靠導通；觸發(fā)脈沖應有足夠的幅度；不超過門極電壓、電流和功率定額，且在可靠觸發(fā)區(qū)域之內(nèi)；應有良好的抗干擾性能、溫度穩(wěn)定性及與主電路的電氣隔離。采用單結(jié)晶體管或三極管電路比較簡單可靠而且容易調(diào)整，也可以用專業(yè)廠家生產(chǎn)的集成電路實現(xiàn)。
系統(tǒng)可以采用zk一1可控硅電壓調(diào)整器作為觸發(fā)電路，這樣可以方便地實現(xiàn)設備的手動和自動調(diào)節(jié)。
2．3可控硅的選擇
可控硅主要參數(shù)：
（1）額定電壓
斷態(tài)重復峰值電壓u。：在門極斷路而結(jié)溫為額定值時，允許重復加在器件上的正向峰值電壓。反向重復峰值電壓：在門極斷路而結(jié)溫為額定值時，允許重復加在器件上的反向峰值電壓。通常取可控硅的和中較小的標值作為該器件的額定電壓。選用時，額定電壓要留有一定裕量，一般取額定電壓為正常工作時晶閘管所承受峰值電壓2～3倍。
（2）額定電流
可控硅在環(huán)境溫度為40～c和規(guī)定的冷卻狀態(tài)下，穩(wěn)定結(jié)溫不超過額定結(jié)溫時所允許流過的最大工頻正弦半波電流的平均值。使用時應按實際電流與通態(tài)平均電流有效值相等的原則來選取可控硅并非應留一定的裕量，一般取1．5～2倍。
2．4安裝和操作
由于可控硅溫度控制器的主回路電流都比較大，因此選擇合適的線路電纜直徑線路是十分重要的，并且要確保線路的可靠連接，防止負載短路擊穿可控硅；考慮到可控硅電流突變時較易損壞，開爐時要手動調(diào)節(jié)使電流緩慢上升，關(guān)爐時要關(guān)小電流。
3 可控硅溫度控制器的應用
選擇優(yōu)良耐火材料如高級氧化鋁、耐火纖維和輕質(zhì)磚做成的爐體是關(guān)鍵的一環(huán)，以硅鉬棒、硅碳棒等電加熱元件提供熱源的溫度控制設備采用可控硅溫度控制器，爐況穩(wěn)定，爐溫控制效果在實時性和控制精度方面有顯著提高。而采用計算機和pci總線控制后，一臺計算機可以同時控制多臺電阻爐，不但實現(xiàn)了程序自動控制，而且可以多點溫度顯示記錄貯存和報警等功能，系統(tǒng)使觸發(fā)電路等大部份部件互換，可以使傳統(tǒng)的設備得到升級。這樣設備管理工作實現(xiàn)自動化，對設備的維護和維修比較簡單。
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