热工检定炉控制器的调试与应用

【摘 要 】在热工计量检定中,为实现检定温场的动态精确控制,设计出了以岛电SR93温控模块为核心的检定炉控制器.实验表明,控制器的设计方案可行,达到了控制检定炉高效稳定的达到计量检定温度点的预期要求.

【关 键 词 】SR93,检定炉,PID,热电偶,控制器

在热工计量检定校准中,需要将热电偶放置在300-1600℃高温检定炉的均匀温场中.检定系统需要将温度控制点传送给智能温度控制器,由智能温度控制器实施对检定炉的温度控制.

岛电SR93是一款0.3级仪表精度、四位LED显示、可设定偏移值、双输出、双报警,且带模拟变送及通信功能的智能温度调节模块.以岛电SR93温控模块为核心的检定炉控制器可以依照手动设置或上位机传送的温度参数,运用PID算法尽快的调整检定炉的温度值[1,2].

1.控制系统的构成

由于被控检定炉功率较大,所以采用交流接触器实现大电流的通断控制,同时在220V 交流电接入端放置漏电保护器,以免设备发生漏电故障对操作者产生人身危险.检定炉控制器在使用时,常需要进行温度参数调整,因此,控制系统采用“电源总开关”和“加热开关”实现不同功能的电源通断.上电时先开启“电源总开关”,待调整好输入参数且接线完毕后,再开启“加热开关”.SR93可以应用热电偶（需进行冷端补偿）或热电阻放入检定炉中作为前端传感器,根据温度反馈信号输出直流控制信号（0～10V）调整单相交流调压模块的输出[3].SR93同时具有单触点继电器事件输出端口,可外接220V交流供电的蜂鸣器实现告警功能,如图1所示.

图1 控制系统结构图

图2 交流调压模块接线图

2.交流调压模块

全隔离单相交流调压模块集同步变压器、相位检测电路、移相触发电路及输出可控硅于一体,可以有效的实现控制电路与高压电路的隔离,当改变控制信号的大小,就可以改变可控硅输出触发相位角的大小,即实现单相交流电的调压,如图2所示是交流调压模块与检定炉的接线图,模块采用220V交流供电,检定炉连接在模块的1端和4端,接地端与SR93模块共地处理,控制信号con输入端与SR93的信号输出端相连接[4].

3.岛电SR93温控模块

3.1 硬件连接

图3为SR93控温模块的背板接线图,11端和12端连接220V交流电,13端与检定炉控制器进行“共地”处理,7端和10端连接热电偶传感器（由于检定炉温度在0～1700℃,采用S型热电偶,对应参数设置代码03）,用于接收温度反馈信号,1端、2端和3端都作为模块的RS232串口输出端,由于控制器在大电流下工作,需将RS232控制线进行屏蔽抗干扰处理,14端和15端输出0～10V的直流控制信号,18端和19端连接事件报警器.

图3 SR93温控模块接线图

3.2 PID控制算法

PID控制算法是经典的自动控制算法,在PID控制系统中,执行机构是一直工作的,且工作强度时可调节的,即可以从停止工作状态调整到满负荷运行状态,执行机构接收到的控制信号是一个准模拟信号.只要合理设置KP、KI和KD三个控制常数,就可满足各种自动控制系统的要求.KP数值越大,控制系统的灵敏度越高,对误差的反应越强烈,使控制对象能够尽快的达到设置值,但也容易使系统不稳定,反应过度,KI可用协同KP来加强控制效果,KD输出专门用来对抗系统的激烈变化,产生超前的控制作用,有给被控系统“打预防针”的作用.SR93模块带有“自整定”功能,控制参数自整定是通过多次自动记录系统实际运行轨迹,然后对多次记录的数据进行分析,得到控制对象等效数学模型中的关键参数,从而求出比较合理的控制参数.例如,将检定炉温设置在300℃,进行AT自整定操作,SR93模块会根据现有的负载和传感器信息,多次调整到300℃,然后显示出针对该温度参数的KP、KI和KD值.依据相应热工检定规程,调试得出不同温度检定点的PID参数值,针对不同的温度点,输入相对应的PID参数值,如果出现温度较明显升高的“超调”现象,逐步微调KD值的大小即可[5,6].

3.3 通信格式

SR93温控模块可以实现RS232/RS485/RS422的通信连接,可以依据发送和应答的通信格式如图4所示,设计出检定炉控制器的上位机软件,在不同阶段中输入针对不同温度检定点的PID参数值,实现SR93的动态控制.需要手动将控制模式由“LOC本地模式”调整到“COM通信模式”.

图4 SR93发送和应答通信格式

图5 控制器装置实物图

4.结论

检定炉控制器经上电调试,可以满足热工计量检定规程中的温度控制要求,较快的达到预设的检定点温度值,实现了预期设计目标,控制器装置实物图如图5所示.