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一、前言
　　自動控制系統(tǒng)在各個領域尤其是工業(yè)領域中有著及其廣泛的應用，溫度控制是控制系統(tǒng)中最為常見的控制類型之一。隨著科學技術的飛速發(fā)展，工業(yè)領域?qū)τ跍囟茸詣踊刂葡到y(tǒng)的要求越來越高，工業(yè)熱處理車間集散化控制也成為了自動控制領域的一個重要發(fā)展方向。輝達工控為您介紹一般適用的電爐溫度控制系統(tǒng)的控制原理、硬件組成及軟件組成。

二、電爐溫度控制器的控制原理

    溫控系統(tǒng)主要由溫度傳感器、溫度調(diào)節(jié)儀、執(zhí)行裝置、被控對象四個部分組成，被控制對象是大容量、大慣性的電熱爐溫度對象，是典型的多階容積遲后特性，在工程上往往近似為包含有純滯后的二階容積遲后；由于被控對象電容量大，通常采用可控硅作調(diào)節(jié)器的執(zhí)行器。

      調(diào)節(jié)加熱爐的溫度，在工業(yè)上是通過在設定周期范圍內(nèi)，將電路接通幾個周波，然后斷開幾個周波，改變晶閘管在設定周期內(nèi)通斷時間的比例，來調(diào)節(jié)負載兩端交流平均電壓即負載功率，這就是通常所說的調(diào)功器.

      根據(jù)爐溫對給定溫度的偏差，自動接通或斷開供給爐子的熱源能量，或連續(xù)改變熱源能量的大小，使爐溫穩(wěn)定有給定溫度范圍，以滿足熱處理工藝的需要。溫度自動控制常用調(diào)節(jié)規(guī)律有二位式、三位式、比例、比例積分和比例積分微分等幾種。電阻爐爐溫控制是這樣一個反饋調(diào)節(jié)過程，比較實際爐溫和需要爐溫得到偏差，通過對偏差的處理獲得控制信號，去調(diào)節(jié)電阻爐的熱功率，從而實現(xiàn)對爐溫的控制。按照偏差的比例、積分和微分產(chǎn)生控制作用（PID控制），是過程控制中應用最廣泛的一種控制形式。

      系統(tǒng)控制程序采用兩重中斷嵌套方式設計。首先使T0計數(shù)器產(chǎn)生定時中斷，作為本系統(tǒng)的采樣周期。在中斷服務程序中啟動A/D，讀入采樣數(shù)據(jù)，進行數(shù)字濾波、上下限報警處理，PID計算，然后輸出控制脈沖信號。脈沖寬度由T1計數(shù)器溢出中斷決定。在等待T1中斷時，將本次采樣值轉(zhuǎn)換成對應的溫度值放入顯示緩沖區(qū)，然后調(diào)用顯示子程序。從T1中斷返回后，再從T0中斷返回主程序并且、繼續(xù)顯示本次采樣溫度，等待下次T0中斷。

      根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場的運行情況，這種控溫方法，精度比較高，系統(tǒng)性能穩(wěn)定，滿足生產(chǎn)的實際需要。主要設備:熱電偶或熱電阻,智能PID溫控儀,可控硅觸發(fā)調(diào)功器等。
　　

三、電爐溫度控制系統(tǒng)的硬件部分
　　整個控制系統(tǒng)采用模塊化的結(jié)構(gòu)。主電路由空開、接觸器、快速熔斷器、可控硅模塊（帶散熱器），冷卻風扇及相關監(jiān)測和保護電路組成，監(jiān)測及控制電路包括熱電偶、智能PID溫度控制模塊、可控硅觸發(fā)模塊、電流互感器、電流變送器、電壓變送器、智能多回路數(shù)據(jù)采集器等組成。其他輔助電路包括指示燈、按鈕、開關、報警器等。

      爐溫控制系統(tǒng)主控模塊采用武漢輝達工控技術有限公司研發(fā)設計的HD-M-ZA5000系列一體化智能觸發(fā)PID溫控模塊進行爐溫的控制。該智能PID溫控觸發(fā)模塊集PID調(diào)節(jié)與可控硅觸發(fā)輸出功能于一體，既可實現(xiàn)常規(guī)PID儀表的溫度自動PID調(diào)節(jié)控制功能，還可根據(jù)輸入信號、實際反饋信號與PID運算調(diào)節(jié)可控硅觸發(fā)導通角的大小，實時監(jiān)測并自動調(diào)節(jié)控制可控硅起到控制爐溫的功能。

      HD-M-ZA5000系列一體化智能觸發(fā)PID溫控模塊具有RS-485通訊接口，采用標準MODBUS-RTU通訊協(xié)議，支持多種通信波特率，最高可達19.2Kbps。通信接口具有高電壓、大電流沖擊等保護功能，通過MODBUS-RTU通訊可實現(xiàn)模塊與觸模屏、上位機等人機界面操作。

      HD-M-ZA5000系列一體化智能觸發(fā)PID溫控模塊帶I2C顯示接口，支持外部擴展數(shù)顯手持設定面板，配置后可按鍵查看、設置所有參數(shù)，從而實現(xiàn)了其常規(guī)儀表面板按鍵式操作。

      HD-M-ZA5000系列一體化智能觸發(fā)PID溫控模塊具有先進的智能PID控制算法，具有完美的自整定、自適應功能，多種量程設定，可根據(jù)設置的工藝曲線（可設置50段）分別設定升溫速度、保溫精度和降溫速度；實現(xiàn)升溫斜率、保溫溫度、保溫時間和降溫的自動調(diào)節(jié)控制，并可顯示理論值和實測值，提高了控制水平和控溫精度；采用AC100-240V寬范圍工作電源，使用時無須擔心電源電壓變化波動。

      HD-M-ZA5000系列一體化智能觸發(fā)PID溫控模塊能夠自動或手動調(diào)節(jié)可控硅輸出功率的大小，這樣可以更好的控制爐膛內(nèi)的爐溫均勻性，手動調(diào)節(jié)功率后，系統(tǒng)會根據(jù)手動調(diào)節(jié)的功率來進行自動控溫，操作方便，控溫精確。
　　　　

　四、電爐溫度控制系統(tǒng)的軟件部份
　　系統(tǒng)采用ＭＣＧＳ觸摸屏進行ＨＭＩ人機界面組態(tài)，該觸摸屏控制軟件菜單和界面操作 簡單，程序功能完善齊全，結(jié)構(gòu)清晰，獨立性強，占用系統(tǒng)資源小，更好的保證數(shù)據(jù)的實時 性和可靠性，同時，調(diào)試和維護十分方便。本系統(tǒng)有兩種控溫方式定值控溫和時間程序控溫。

    在定值控溫模式下，通過 PID 自動控制調(diào)節(jié)輸出，使爐溫保持定值。在時間程序控溫下，用戶可編輯時間程序?qū)t溫進行分段控制，可自定義每段時間程序的升溫速率、溫度設定值、 恒溫時間參數(shù)，可滿足用戶對不同工藝的需求。

    整個系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu)采用三層分布式網(wǎng)絡架構(gòu)，第一層為現(xiàn)場一次設備數(shù)據(jù)采集傳感器 （溫度、壓力傳感器等）；第二層為智能溫度調(diào)節(jié)模塊（或者 PLC 等智能單元）；第三層為觸摸屏控制系統(tǒng)，通過現(xiàn)場總線監(jiān)控與控制單元通訊，組成 DCS 系統(tǒng)，具體物理結(jié)構(gòu)圖如下。

觸摸屏實時顯示采集溫度、設定溫度、時間段、總運行時間、當前時間、當前功率、三相負載電流電壓、參數(shù)設定、加熱工藝下載、報警顯示、爐門臺車與風門控制等參數(shù)。該觸摸屏支持MODBUS-TCP及MOBUS-TCP數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能，從而能夠?qū)⑵恋臄?shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至上位機，由上位機實現(xiàn)更全的人機操作及數(shù)據(jù)記錄等功能。