潘木強(qiáng)

摘 要：在金屬熱處理工藝試驗(yàn)中，常用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備主要有箱式加熱用電阻爐，控制方式主要包括自動(dòng)和手動(dòng)。在自動(dòng)加熱過(guò)程中，智能選取一種功率進(jìn)行；在升溫過(guò)程中，不能按照變功率、分段方式自動(dòng)完成。在熱處理工藝試驗(yàn)升溫過(guò)程中，各個(gè)分段中的升溫速率要求、標(biāo)準(zhǔn)均不相同。因此，必須采用自動(dòng)與手動(dòng)有機(jī)結(jié)合在一起的方式。主要針對(duì)箱式加熱用電阻爐溫控制系統(tǒng)通過(guò)日本島電FP93可編程PID調(diào)節(jié)器進(jìn)行改造的工藝和原理進(jìn)行深入分析，探究新時(shí)期智能型高溫爐控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：智能型；高溫爐；FP93；控制系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）06-0046-02

新時(shí)期智能型高溫爐控制系統(tǒng)中原用的控制方式在溫度控制方面的精度較低，智能型高溫爐控制系統(tǒng)超調(diào)大，無(wú)法確保試驗(yàn)的成功率和重現(xiàn)性，試樣經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)報(bào)廢情況，這對(duì)試驗(yàn)的質(zhì)量和進(jìn)度有著嚴(yán)重的影響。因此，本文主要采用FP93可編程PID調(diào)節(jié)器改進(jìn)智能型高溫爐控制系統(tǒng)，確保在熱處理工藝試驗(yàn)過(guò)程中能夠滿足其一系列的要求。

1 智能型高溫爐控制系統(tǒng)的構(gòu)成

新時(shí)期智能型高溫爐控制系統(tǒng)主要采用的是小型閉環(huán)控制系統(tǒng)，主要構(gòu)成部分為執(zhí)行元件、可控硅電路和FP93可編程PID調(diào)節(jié)器等。使用鼓風(fēng)機(jī)確保箱內(nèi)加熱處于一個(gè)均勻的狀態(tài)，使用電鈴實(shí)時(shí)反映試驗(yàn)的情況，對(duì)出現(xiàn)的任何異常情況能夠及時(shí)報(bào)警。

2 智能型高溫爐控制系統(tǒng)的原理

將智能型高溫爐控制系統(tǒng)升溫過(guò)程中各個(gè)分段的加熱時(shí)間、初始溫度分別輸入FP93可編程PID調(diào)節(jié)器中，溫控儀自動(dòng)對(duì)比測(cè)溫元件反饋值和設(shè)定溫度，經(jīng)過(guò)內(nèi)部特定專業(yè)PID計(jì)算，對(duì)1個(gè)0～10 mA的電流信號(hào)進(jìn)行輸出，對(duì)可控硅觸發(fā)電路進(jìn)行控制，以此對(duì)可控硅運(yùn)作進(jìn)行有效的控制。對(duì)加熱功率進(jìn)行合理的調(diào)節(jié)，使其達(dá)到變功率保溫或升溫的目的，使工藝試驗(yàn)?zāi)軌蚍弦蟆?/p>

3 關(guān)鍵電路的分析

3.1 FP93可編程PID調(diào)節(jié)器概述

FP93可編程PID調(diào)節(jié)器需要按照一定的時(shí)間規(guī)律對(duì)控制給定值進(jìn)行自動(dòng)改變，由此可見，其控制的應(yīng)用范圍十分廣泛。FP93可編程PID調(diào)節(jié)器具有強(qiáng)大的編程功能、操作能力和先進(jìn)的設(shè)計(jì)，共有4組40段可編程曲線，它可以對(duì)升溫斜率、降溫斜率進(jìn)行任意的設(shè)置，結(jié)構(gòu)為高抗干擾性，使用的是專家PID調(diào)節(jié)方式，以此確保智能型高溫爐控制系統(tǒng)無(wú)欠調(diào)、無(wú)超調(diào)，具有曲線擬合功能，可以實(shí)現(xiàn)平順、光滑的曲線控制效果。FP93可編程PID調(diào)節(jié)器的編程編排主要采用的是溫度至?xí)r間、時(shí)間至溫度的格式，可以對(duì)當(dāng)前的溫度進(jìn)行設(shè)置，經(jīng)過(guò)此段設(shè)置的時(shí)間可延伸至下一個(gè)溫度。實(shí)際上就是智能型高溫爐控制系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，采用特定的專家PID算法，根據(jù)各個(gè)分段中的初始溫度和過(guò)程時(shí)間，對(duì)自身的輸出信號(hào)進(jìn)行改進(jìn)，利用執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)智能型高溫爐控制系統(tǒng)的加熱功率自動(dòng)進(jìn)行更改，當(dāng)運(yùn)行時(shí)間達(dá)到設(shè)定時(shí)間時(shí)，程序能夠自動(dòng)轉(zhuǎn)到下一個(gè)分段中運(yùn)行。溫度—時(shí)間的編程方法具有升溫斜率和降溫斜率設(shè)置范圍十分寬泛的優(yōu)勢(shì)，而且升溫段和恒溫段在設(shè)置格式上是統(tǒng)一的，便于學(xué)習(xí)，對(duì)曲線的設(shè)置也比較靈活。

3.2 可控硅觸發(fā)器

為了提高智能型高溫爐控制系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中的穩(wěn)定性、可靠性，要求其同時(shí)具備自動(dòng)調(diào)節(jié)方式和手動(dòng)調(diào)節(jié)方式。由于晶閘觸發(fā)器采用ZK-03型三相可控硅過(guò)零觸發(fā)器，又可以將其稱為晶閘管交流調(diào)功器?，F(xiàn)階段，晶閘管交流調(diào)功器的使用范圍非常廣，晶閘管交流調(diào)功器的工作原理就是在FP93可編程PID調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)控制下，當(dāng)正弦波過(guò)零時(shí)，發(fā)出相應(yīng)的脈沖列，以此觸發(fā)小晶閘管，而小晶閘管又觸發(fā)大電流晶閘管，對(duì)晶閘管進(jìn)行保護(hù)，并且使用正弦波進(jìn)行過(guò)零觸發(fā)，保證晶閘管輸出的正弦波處于完整狀態(tài)。將負(fù)載電流瞬態(tài)浪涌、傳導(dǎo)干擾和輻射干擾的影響降到最小，內(nèi)部中的脈沖變壓器觸發(fā)電網(wǎng)與電路之間的隔離，以此減小電網(wǎng)波動(dòng)對(duì)電路觸發(fā)產(chǎn)生的影響。

4 智能型高溫爐控制系統(tǒng)的調(diào)試

初次使用FP93可編程PID調(diào)節(jié)器時(shí)，應(yīng)當(dāng)通過(guò)儀表自整定功能確定控制參數(shù)，以此實(shí)現(xiàn)合理的控制。通過(guò)在分段中對(duì)給定值進(jìn)行設(shè)定，啟動(dòng)自整定功能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。由表1可知，在不同的給定值下，智能型高溫爐控制系統(tǒng)整定獲取的數(shù)值存在一定的差異性，因此，應(yīng)當(dāng)在程序運(yùn)行至最為常用的給定值時(shí)啟動(dòng)自整定，這樣只需要整定一次。儀表在自整定完成后，能夠改進(jìn)相應(yīng)的控制參數(shù)，將其變?yōu)榻範(fàn)顟B(tài)，防止操作失誤而造成自整定再次啟動(dòng)。FP93可編程PID調(diào)節(jié)器程序編排主要采用的是溫度至?xí)r間、時(shí)間至溫度的格式，即從當(dāng)前分段中設(shè)定的溫度，然后通過(guò)此分段設(shè)置的時(shí)間轉(zhuǎn)至下一個(gè)溫度。溫度單位為攝氏度，時(shí)間單位為分鐘。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，新時(shí)期智能型高溫爐控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和精準(zhǔn)性較好，能夠充分滿足熱處理工藝試驗(yàn)中各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)和工藝，操作較為簡(jiǎn)便，能夠?qū)崟r(shí)了解儀表的運(yùn)行情況。除此之外，F(xiàn)P93型智能溫控儀具備停電處理功能，能夠在突然停電的情況下將當(dāng)前段號(hào)進(jìn)行保存，以此提高產(chǎn)品的合格率和統(tǒng)一性，減少人為的不利因素。

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〔編輯：白潔〕