1、熱電偶檢定爐溫度控制的硬件設(shè)計(jì)原理
①溫度控制系統(tǒng)原理及構(gòu)成
選用K型熱電偶測量熱電偶檢定爐爐溫，熱電偶通過Kx延伸型熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線接到島電SR23調(diào)節(jié)器，溫控器控制輸出接入功率調(diào)整器PAD27，功率調(diào)整器將在0-220VAC范圍內(nèi)調(diào)整熱電偶檢定爐電源電壓，從而實(shí)現(xiàn)熱電偶檢定爐溫度自動(dòng)控制。
②溫度控制系統(tǒng)調(diào)PID節(jié)器自整定
自整定是通過溫控器輸出全開和全關(guān)的方法來以被控對(duì)象進(jìn)行階躍擾動(dòng)實(shí)驗(yàn)，根據(jù)被控對(duì)象的振幅和振蕩周期，溫控器自動(dòng)計(jì)算出整定的參數(shù)值。在開啟自整定功能前，應(yīng)先將溫控器的設(shè)定值設(shè)置在要控制的數(shù)值上，因?yàn)橄到y(tǒng)在不同設(shè)定值下整定的參數(shù)值不完全相同，在啟動(dòng)自整定后，溫控器會(huì)強(qiáng)制系統(tǒng)產(chǎn)生擾動(dòng)，經(jīng)過2-3個(gè)振蕩周期后結(jié)束自整定狀態(tài)。調(diào)節(jié)器通過檢測系統(tǒng)從超調(diào)恢復(fù)到穩(wěn)定的過度特性，分析振蕩的周期、幅度及波形來計(jì)算調(diào)節(jié)器的最佳調(diào)節(jié)參數(shù)。檢定點(diǎn)溫度自整定圖(如圖1所示)為溫度測量值大于和小于設(shè)定點(diǎn)溫度時(shí)，自整定曲線。PV為溫度測量值。
圖1 溫控器溫度自整定點(diǎn)
③溫控器參數(shù)自整定過程
溫控器自整定可在控制執(zhí)行窗口中設(shè)定運(yùn)行與停止，系統(tǒng)運(yùn)行前啟動(dòng)溫控器自整定功能，面板AT燈亮，系統(tǒng)開始進(jìn)入自整定狀態(tài)。在自整定狀態(tài)系統(tǒng)從擾動(dòng)狀態(tài)逐步向穩(wěn)態(tài)過度，自動(dòng)計(jì)算調(diào)節(jié)輸出的最佳PID參數(shù)。當(dāng)系統(tǒng)經(jīng)過幾個(gè)振蕩周期后達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，自整定結(jié)束，AT指示燈滅?？梢栽趨?shù)窗口中查看到自整定后的PID參數(shù)。
a、工業(yè)廉金屬熱電偶檢定點(diǎn)確定
熱電偶檢定點(diǎn)溫度按熱電偶絲材及電極直徑粗細(xì)決定，工業(yè)廉金屬熱電偶300℃以上的檢定包括:300℃、400℃、500℃、600℃、700℃、800℃、900℃、1000℃等8各溫度點(diǎn)，熱電偶檢定溫度控制系統(tǒng)要確定上述8各溫度點(diǎn)的比例度、積分時(shí)間、微分時(shí)間。
b、工業(yè)廉金屬熱電偶檢定點(diǎn)溫度PID參數(shù)實(shí)驗(yàn)
具體實(shí)現(xiàn)方法，將調(diào)節(jié)器的設(shè)定值分別設(shè)置為:300℃、400℃、500℃、600℃、700℃、800℃、900℃、1000℃。溫控器設(shè)置為“自整定”狀態(tài)。開始按上述溫度點(diǎn)進(jìn)行自整定，自整定結(jié)束后，記錄所需時(shí)間和相應(yīng)溫度點(diǎn)的比例度、積分時(shí)間、微分時(shí)間。如表1所示。
表1 熱電偶各檢定點(diǎn)溫度對(duì)應(yīng)溫控器比例度、積分時(shí)間、微分時(shí)間
檢定點(diǎn)溫度(℃) 溫控器P值(%) 溫控器I值(s) 溫控器D值(s) 溫控器自整定所需要時(shí)間(min)
300 28 1262 316 100
400 25.5 1032 258 76
500 24.8 836 209 60
600 22.5 658 165 50
700 20.6 543 136 40
800 18.4 458 115 32
900 17 402 101 27
1000 15.5 362 91 23
c、工業(yè)廉金屬熱電偶檢定點(diǎn)溫度PID參數(shù)驗(yàn)證
以檢定工業(yè)廉金屬熱電偶鎳鉻硅－鎳硅為例，選取鎳鉻硅－鎳硅N型熱電偶，電極直徑φ1.0檢定點(diǎn)為:400℃、600℃、800℃。按表1對(duì)應(yīng)的比例度、積分時(shí)間、微分時(shí)間數(shù)值。進(jìn)行實(shí)驗(yàn)得到爐溫曲線如圖2所示。PV為溫度實(shí)時(shí)值，SV為溫度設(shè)定值。
圖2 熱電偶檢定爐爐溫曲線
從圖2看出，完全滿足熱電偶檢定由低溫向高溫逐點(diǎn)升溫檢定時(shí)，爐溫偏離檢定點(diǎn)溫度不超過±5℃，當(dāng)爐溫升到檢定時(shí)，爐溫變化小于0.2℃/min的要求。
熱電偶溫度控制系統(tǒng)溫控器參數(shù)整定實(shí)驗(yàn)方法研究，所得到的溫控器比例度、積分時(shí)間、微分時(shí)間的參數(shù)值，完全符合工業(yè)廉金屬熱電偶檢定規(guī)程對(duì)熱電偶檢定所需的檢定點(diǎn)控制溫度的要求。對(duì)熱電偶檢定爐溫度控制具有重要的指導(dǎo)意義和實(shí)踐借鑒。
本文作者：遼寧機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院儀器儀表系 周兵、趙景輝
