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1、浅析工业电阻炉温度控制系统摘要:本文研究的主要问题是实验室常用的管式电阻炉的温度控制,要实现对电阻炉的温度控制,就需了解这一被控对象的特性,因此又介绍了电阻炉温度特性测试实验的整个过程、测试方案及其处理方法。通过调节PID调节器的比例系数Kp、积分系数Ki和微分系数Kd来实现对电阻炉温度的控制。 关键词:电阻炉温度控制系统PID调节器的参数整定单元组合仪表 :TH86:A:1007-9416(2011)03-0009-02 尽管科学在日新月异的飞速发展,控制手段也在不断的向前进步,智能化、集成度、开放性、可靠度越来越高,目前常用的控制方式有PLC、DCS系统、现场总线控制
2、系统、开放式控制系统等,它们的功能越来越强大、性能越来越完善,比如说控制精度、抗干扰能力、防爆性等都有了很大的提高,但是各种控制方式最基本的思想是一致的。 1、电阻炉温度控制系统 1.1炉温控制的基本原理 本设计中采用DDZ-III型电动单元仪表组合来实现对电阻炉温度的控制,其主要控制规律是PID控制。由热电偶检测炉内实际温度后,经过热电偶温度变送器转换为4-20mA的直流电流信号送往调节器,调节器对炉温的测量值与给定值进行比较,根据偏差进行比例、积分、微分运算后,(其输出为统一标准电流信号4-20mA)其输出信号去控制执行机构的动作,执行机构的动作改变变压器的供电电压,
3、从而实现了对电阻炉温度的控制。 1.2各设备的工作原理及其用途 电阻炉;被控对象电阻炉是实验室所用的管式电阻炉,该种电阻炉供实验室、工矿企业、科研单位进行化学分析、物理测定、加热时使用。 变压器;变压器是改变交流电压的设备。它是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成,跟电源相连的线圈叫原线圈(也叫初级线圈),另一个跟负载相连的叫副线圈(也叫次级线圈),铁芯由涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成。互感现象是变压器工作的基础。原线圈上加交变电压,原线圈中就有交变电流,在铁芯中产生交变磁通量,原、副线圈中都要引起感应电动势。若副线圈是闭合的,则副线圈中就要产生交变电流,此交变电流也在铁芯中产生
4、交变磁通量,在原、副线圈中同样要引起感应电动势。在原、副线圈中由于有交变电流而发生的互相感应现象,叫互感现象．正是由于互感现象。才使得原、副线圈虽不相连,电能却可以通过磁场从原线圈到达副线圈。 1.3变压器在本控制系统中的作用 在控制系统中,变压器是用来给电阻炉供电的,它与角行程电动执行器相连,通过执行器手柄的转动来改变变压器的供电电压,从而实现了调节炉温的作用。 1.4热电偶工作原理 热电偶是一种感温元件,它把温度信号转换成热电动势信号,通过电气仪表转换成被测介质的温度。热电偶测温的基本原理是两种不同成份的均质导体组成闭合回路,当两端存在温度梯度时,回路中就会有电流通过,
5、此时两端之间就存在电动势——热电动势,这就是所谓的塞贝克效应。 1.5热电偶优点 热电偶是工业中常用的温度测温元件,具有如下特点:(1)测量精度高:热电偶与被测对象直接接触,不受中间介质的影响。(2)热响应时间快:热电偶对温度变化反应灵敏。(3)测量范围大:热电偶从-40~+1600℃均可连续测温。(4)性能可靠,机械强度好。使用寿命长,安装方便。 2、PID调节器及其参数的整定 在实际工业生产应用中,调节器是构成自动控制系统的核心仪表,它的基本功能是将来自变送器的测量信号与给定信号相比较,并对由此所产生的偏差信号进行比例、积分或微分处理后,输出调节信号控制执行器的动作
6、以实现对不同被测或被控参数如温度、压力、流量或液位等的自动控制。 2.1P、I、D各运算规律的作用 基本运算规律比例(P)、积分(I)和微分(D)三种,PID调节器的运算规律就是由这些基本运算规律组合而成。下面分别介绍三种基本控制规律的特点。 2.1.1比例(P)控制规律 具有比例控制规律的调节器其输出信号的变化量ΔY与偏差信号ε之间存在比例关系,用微分方程形式表示为: ΔY=KPε 式中,KP为一个可调的比例增益。显然,当有偏差信号存在时,调节器的输出立刻与偏差成比例地变化。这是一种最基本、最主要、应用最普遍的控制规律,它能及时和迅速地克服扰动的影响,从而使系统很快地
7、达到稳定状态。但因调节器的输出信号与输入信号须始终保持比例关系,所以在系统稳定后,被控变量无法达到给定值,而是存在一定的残余偏差,即残差。 2.1.2积分(I)控制规律 具有积分控制规律的调节器其输出信号的变化量ΔY与偏差信号ε的积分成正比,用微分方程形式表示可为: 式中,为积分时间;为积分速度。显然,斜率与调节器积分速度成正比的直线是积分过程的描述。直线越陡,表示积分速度越快,积分作用越强。 2.1.3微分(D)控制规律 具有微分控制规律的调节器其输出
