巴曉玉++王俊濤++姜雷++劉淞寧

摘要： 局部加溫裝置是針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)主動(dòng)弧齒輪內(nèi)孔進(jìn)行加溫保溫處理的裝置，然后用于發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的組裝。局部加溫裝置由承放車、加熱體、電氣控制系統(tǒng)三大部分組成?？刂葡到y(tǒng)采用智能儀表控制固態(tài)繼電器的控溫方法，保證局部加熱器溫度的準(zhǔn)確性、精確性。

Abstract： Local heating device is a device for heating and holding the inner surface of the active arc gear of the engine and then is used for the assembly of the engine components. The local heating device consists of three parts： the bearing and discharging vehicle， the heating body and the electrical control system. Control system uses the intelligent instrument to control the solid state relay to ensure the accuracy of the local heater temperature accuracy.

關(guān)鍵詞： 自動(dòng)控溫；固態(tài)繼電器；溫度測(cè)量；PID

Key words： automatic temperature control；solid state relay；temperature measurement；PID

中圖分類號(hào)：TM58 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）36-0131-02

0 引言

航空發(fā)動(dòng)機(jī)的組裝是一個(gè)精密的制造過(guò)程，其中任何零件的優(yōu)劣都將影響發(fā)動(dòng)機(jī)的總體性能。因此，在組裝前，對(duì)組裝工藝控制有很高的要求。主動(dòng)弧齒輪的加熱保溫過(guò)程中溫度的精確控制和加熱速率直接決定齒輪的膨脹系數(shù)，溫度過(guò)高容易損壞零件的硬度強(qiáng)度，溫度過(guò)低達(dá)不到膨脹系數(shù)不能順利進(jìn)行裝配。

為了保證加熱設(shè)備運(yùn)行的可靠和安全，電氣控制原理設(shè)計(jì)以滿足工藝的基本要求為標(biāo)準(zhǔn)，綜合考慮設(shè)備的自動(dòng)化程度和技術(shù)先進(jìn)性，其控制系統(tǒng)不僅要實(shí)現(xiàn)整個(gè)加熱器工作狀態(tài)自動(dòng)控制，還要具有超溫報(bào)警、短路、過(guò)載等故障的保護(hù)功能。局部加溫裝置由承放車、加熱體、電氣控制系統(tǒng)三部分組成?？刂葡到y(tǒng)采用智能儀表控制固態(tài)繼電器的控溫方法。在加熱體內(nèi)部設(shè)有溫度傳感器，對(duì)加熱器的溫度進(jìn)行測(cè)量，將測(cè)量信號(hào)反饋至智能溫控儀表進(jìn)行熱功率調(diào)節(jié)，保證局部加熱器溫度的準(zhǔn)確性、精確性。

1 系統(tǒng)電氣原理

局部加溫裝置相關(guān)的電氣技術(shù)要求有：①實(shí)現(xiàn)主動(dòng)弧齒錐齒輪加熱，溫度最高不小于250℃，溫度穩(wěn)定偏差不大于±5℃。②溫度自由設(shè)定，超溫自動(dòng)報(bào)警，加熱30分鐘達(dá)到設(shè)定溫度。③從室溫開(kāi)始加熱，裝置連續(xù)使用至少8h電纜不能熔斷。④防熔斷空氣開(kāi)關(guān)。⑤加溫后無(wú)法在加溫腔中殘留多余物。⑥線纜長(zhǎng)度≮5m，外部保護(hù)層絕緣，且厚度≮3mm，保證正常使用1年內(nèi)無(wú)破損。⑦實(shí)現(xiàn)加熱裝置的啟?？刂萍肮ぷ鳡顟B(tài)的指示，報(bào)警狀態(tài)的指示，超溫自動(dòng)保護(hù)功能。⑧加熱器部分實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加熱控制，使溫度始終保持在要求的范圍之內(nèi)，并具有溫度實(shí)時(shí)顯示功能。

在電氣控制系統(tǒng)中，加熱體的控制是基本的加熱啟動(dòng)、停止控制，加熱體內(nèi)部利用熱電阻進(jìn)行溫度采集，智能溫度儀表采集熱電阻的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示。加熱體的加溫控制是由智能PID溫度控制儀表控制固態(tài)繼電器對(duì)加熱體進(jìn)行控溫。當(dāng)實(shí)際溫度達(dá)到設(shè)定的目標(biāo)溫度后，溫控儀表提供保溫信號(hào)給定時(shí)器，定時(shí)器按照工藝要求對(duì)加熱器溫度進(jìn)行保持，達(dá)到加工時(shí)間后輸出顯示。其中定時(shí)器控制，智能PID儀表控制以及超溫報(bào)警部分實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)的電氣控制，加熱器控制部分關(guān)鍵問(wèn)題在于加熱體的加熱控制采用固態(tài)繼電器控制，提高的準(zhǔn)確性和加熱器自動(dòng)加熱控制精確性、穩(wěn)定性。

1.1 固態(tài)繼電器控制原理 固態(tài)繼電器用于頻繁開(kāi)啟的控制回路中，是利用現(xiàn)代微電子技術(shù)與電子技術(shù)相結(jié)合而發(fā)展起來(lái)的一種新型無(wú)觸點(diǎn)電子開(kāi)關(guān)器件。具有壽命長(zhǎng)、可靠性高、開(kāi)關(guān)速度快、電磁干擾小、無(wú)噪音、無(wú)火花等特點(diǎn)。具有電壓過(guò)零時(shí)開(kāi)啟，負(fù)載電流過(guò)零時(shí)關(guān)斷的特性，在負(fù)載上可以得到一個(gè)完整的正弦波性，因此電路的射頻干擾很小。

1.2 溫度測(cè)量 在工業(yè)應(yīng)用中，溫度測(cè)量的方法有許多種，如熱電阻、熱電偶、精密溫度計(jì)、定壓氣體溫度計(jì)等。其中熱電阻一般適用于測(cè)量500℃以下的中、低溫度測(cè)量。是中低溫區(qū)最常用的一種溫度檢測(cè)儀器，其主要特點(diǎn)是測(cè)量精度高，性能穩(wěn)定，響應(yīng)速度迅速，測(cè)量時(shí)間間隔短。而且熱電阻安裝簡(jiǎn)單，信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)，便于采集控制。系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用國(guó)標(biāo)熱電阻三線制引線方式，這種方法是工業(yè)過(guò)程控制中的最常用的引線電阻，可以消除連接導(dǎo)線電阻引起的測(cè)量誤差。

1.3 PID控制技術(shù) 在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡(jiǎn)稱PID控制，又稱PID調(diào)節(jié)。PID控制器以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或者得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制理論的其他技術(shù)難以采用時(shí)，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來(lái)確定，這時(shí)應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。PID控制器參數(shù)的自動(dòng)調(diào)整是通過(guò)智能化調(diào)整或者自校正、自適應(yīng)算法來(lái)實(shí)現(xiàn)。

在本控制系統(tǒng)中，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，使用智能調(diào)節(jié)器對(duì)控制溫度進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)加熱器的自動(dòng)加熱控制。加熱器控制部分是以熱電阻測(cè)溫原理為基礎(chǔ)，以高精度的智能調(diào)節(jié)器為控制核心的自動(dòng)控制系統(tǒng)。它采用精確度較高的熱電阻測(cè)溫法測(cè)量加熱器的實(shí)時(shí)加熱溫度，利用智能調(diào)節(jié)器對(duì)測(cè)量的溫度參數(shù)進(jìn)行PID參數(shù)整定，找到最佳的控制量，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加熱控制功能。在加熱溫度超過(guò)工藝要求溫度的上限時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)停止加熱。endprint

1.4 控制系統(tǒng)工作原理 根據(jù)局部加溫裝置的技術(shù)要求，其電氣控制系統(tǒng)的主要功能是熱電阻采集工件溫度，智能控溫儀表控制根據(jù)熱電阻的采集的溫度數(shù)據(jù)控制固態(tài)繼電器通斷實(shí)現(xiàn)對(duì)加熱器的加熱控制，通過(guò)這閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)加熱器自動(dòng)加熱控制。智能控溫儀表實(shí)現(xiàn)加熱溫度的實(shí)時(shí)顯示，同時(shí)具有超溫自動(dòng)報(bào)警的功能，實(shí)現(xiàn)異常情況下對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工件的保護(hù)。定時(shí)器的設(shè)計(jì)滿足用戶對(duì)加熱時(shí)間的靈活設(shè)定及溫度保持的要求。電氣控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

局部加溫裝置的電氣控制系統(tǒng)由溫度采集、加熱控制、定時(shí)控制、及溫度報(bào)警四部分組成，圖2中給出了局部加溫裝置的電氣控制系統(tǒng)原理圖。

①溫度采集部分：系統(tǒng)中使用精度較高的Pt100熱電阻來(lái)完成加熱體溫度測(cè)量工作，采用三線制溫度測(cè)量方法，有效消除連接導(dǎo)線電阻引起的測(cè)量誤差。

②加熱控制部分：智能溫控儀表是整個(gè)加熱器控制部分的核心。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，選用帶有PID調(diào)節(jié)功能的智能調(diào)節(jié)器。實(shí)現(xiàn)加熱體的自動(dòng)加熱控制，提高設(shè)備的準(zhǔn)確性和可靠性。只要設(shè)置了溫度的上下限，使加熱溫度保持在工藝要求的溫度范圍內(nèi)，并將加熱溫度實(shí)時(shí)顯示出來(lái)；智能溫控儀表連接固態(tài)繼電器控制加熱器的工作。因?yàn)樵谠O(shè)備工作的過(guò)程中，繼電器可能會(huì)頻繁吸合，這里采用固態(tài)繼電器，可以避免普通繼電器頻繁吸合時(shí)帶來(lái)的噪聲，還可以延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。

③定時(shí)控制部分：系統(tǒng)中使用定時(shí)器、蜂鳴器、繼電器結(jié)合按鈕對(duì)定時(shí)器進(jìn)行設(shè)定，系統(tǒng)利用加熱啟動(dòng)按鈕SB1對(duì)定時(shí)器進(jìn)行控制，當(dāng)加熱溫度滿足設(shè)定要求后繼電器對(duì)定時(shí)器進(jìn)行啟動(dòng)，當(dāng)加熱時(shí)間滿足保溫要求后，蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警。當(dāng)加熱停止時(shí)按鈕SB2停止系統(tǒng)的同時(shí)對(duì)定時(shí)器進(jìn)行復(fù)位，使下次使用時(shí)定時(shí)器恢復(fù)初始狀態(tài)滿足定時(shí)要求。

④溫度報(bào)警部分：當(dāng)溫度超過(guò)設(shè)定要求時(shí)，當(dāng)試驗(yàn)設(shè)備發(fā)生短路、過(guò)載等故障時(shí)，控制系統(tǒng)中的繼電器觸點(diǎn)吸合，常閉端直接斷開(kāi)加熱器，智能溫度儀表報(bào)警端輸出報(bào)警信號(hào)。故障回路的電源將會(huì)被切除，避免損壞發(fā)動(dòng)機(jī)工件。故障排除后，試驗(yàn)設(shè)備可以繼續(xù)工作。

3 結(jié)論

局部加溫裝置是用于發(fā)動(dòng)機(jī)主動(dòng)弧齒輪內(nèi)孔加熱的裝置，相關(guān)技術(shù)資料及工藝文件要求的理解，滿足電氣控制系統(tǒng)術(shù)參數(shù)，完成加熱裝置的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)加熱體的設(shè)計(jì)，約23分鐘能夠加熱到設(shè)定溫度，加熱速率符合工藝要求。局部加溫裝置電氣控制系統(tǒng)不僅實(shí)現(xiàn)了加熱器的啟動(dòng)停止控制，還實(shí)現(xiàn)了加熱器的自動(dòng)加熱控制，并將加熱溫度實(shí)時(shí)顯示；同時(shí)，系統(tǒng)還實(shí)現(xiàn)了加熱溫度的自動(dòng)定時(shí)，有效避免人為看管造成的人為誤差。此外，系統(tǒng)還具有溫度報(bào)警功能和故障保護(hù)功能，確保試驗(yàn)設(shè)備安全可靠的運(yùn)行。本控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)滿足任務(wù)的技術(shù)要求，并得到現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員的認(rèn)可。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉國(guó)林，殷貫西，等.電子測(cè)量[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

[2]李挺，等.熱電阻測(cè)溫儀導(dǎo)線電阻補(bǔ)償新方法[J].電子測(cè)量技術(shù)，2001（1）：38-39.

[3]陳建明.自動(dòng)控制理論[M].電子工業(yè)出版社，2009.

[4]王耀南，劉治.智能PID控制器在工業(yè)對(duì)象中的應(yīng)用[J].自動(dòng)化儀表，2001（05）.endprint