引言

       對熱電偶進(jìn)行檢定，就必須把溫度控制在檢定點(diǎn)上，溫度的穩(wěn)定性是熱電偶檢定的重要指標(biāo)。因 此，有一套穩(wěn)定的恒溫控制系統(tǒng)是熱電偶檢定系統(tǒng)所必須的，恒溫控制系統(tǒng)的性能好壞直接影響著熱電偶的檢定誤差。 

 

1 控制系統(tǒng)原理

       加熱爐控制系統(tǒng)如圖 1 所示，控制對象為檢定爐，檢測元件為一次元件 K 型熱電偶，PID 調(diào)節(jié)器采用具有 RS485 通信功能的SCXMPA-9000智能儀表，執(zhí)行器為 SSR 固態(tài)繼電器。該爐溫控制是一個閉環(huán)負(fù)反饋系統(tǒng)，其調(diào)節(jié)過程: 爐溫由熱電偶感應(yīng)送SCXMPA-9000智能調(diào)節(jié)儀的輸入端，在智能儀表里通過信號放大、采樣保持、A/D 轉(zhuǎn) 換，再由單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及線性化校正，以實(shí)現(xiàn)實(shí)際爐溫的檢測和顯示，再比較實(shí)際爐溫和設(shè)定爐溫得到偏差，通過對偏差的處理獲得控制信號，按照偏差的比例、積分和微分產(chǎn)生控制作用( PID 控制)去控制 SSR 固態(tài)繼電器來控制加熱爐爐絲的導(dǎo)通時間，就可以控制電爐絲的加熱功率大小，從而控制電爐的溫度及升溫速度，使其逐漸趨于給定值且達(dá)到平衡，從而實(shí)現(xiàn)對爐溫的控制。該控溫系統(tǒng)非常大優(yōu)點(diǎn)是升溫過程中基本無過沖現(xiàn)象，過渡時間短。

1. 1 一次元件

       溫度檢測元件目前多選 K 型或 S 型( 鎳鉻·鎳 硅) 熱電偶。兩者相比，K 型有較好的溫度 － 熱電 勢的線性度，但它不適宜于長時間在高溫區(qū)工作: S型具有高精度，但溫度 － 熱電勢的線性度較差。在這套系統(tǒng)中根據(jù)被測溫度經(jīng)常在 800 ℃以下而選擇 K 型熱電偶，也給系統(tǒng)中數(shù)據(jù)處理帶來許多方便。 

 

1. 2 執(zhí)行機(jī)構(gòu)

       執(zhí)行元件選用 交 流 過 零 觸 發(fā) 型 固 態(tài) 繼 電 器( SSR) 。通過智能調(diào)節(jié)儀控制固態(tài)繼電器，其波形為完整的正弦波，是一種穩(wěn)定、可靠的控制方法。交流固態(tài)繼電器 SSR 是一種無觸點(diǎn)通斷電子開關(guān)，它利用電子元件( 如開關(guān)三極管半導(dǎo)體器件) 的開關(guān)特性，可達(dá)到無觸點(diǎn)無火花地接通和斷開電路的目的，其控制原理是: 智能調(diào)節(jié)儀輸出 30 mA/12 V 的階躍函數(shù)，經(jīng)反相、光電隔離、功率放大后加到雙向可控硅上，控制繼電器的導(dǎo)通周波數(shù)，用導(dǎo)通/關(guān)斷時間比來控制固態(tài)繼電器，在溫控中大可以用秒或1 /10 s作計(jì)時單位，比如在 10 s 的周期內(nèi)，導(dǎo)通 9 s，關(guān)斷 1 s，這就得到 90% 的加熱功率，達(dá)到溫度調(diào)節(jié)的目的

 

1. 3 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)

       調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)選用的是三暢XMPA-9000智能調(diào)節(jié)儀。XMPA-9000智能調(diào)節(jié)儀是一種由單片計(jì)算機(jī)構(gòu)成的智能型的溫度測控器，經(jīng) PID 調(diào)節(jié)后，可根據(jù)操作人員的編程自動調(diào)溫，使用非常方便，一經(jīng)設(shè)定，無需變動。 

 

2 控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)規(guī)律

       在控溫系統(tǒng)中采用的是 PID 控制。比例積分微分調(diào)節(jié)( PID) 是一種常規(guī)調(diào)節(jié)算法，具有較好的控制特性，其特點(diǎn)是 PD 作用能克服對象的滯后，減少動態(tài)偏差，提高穩(wěn)定性; PI 作用能消除靜差，適當(dāng)調(diào)整比例帶( δ) 、積分時間、微分時間，就能得到較高的調(diào)節(jié)品質(zhì)。

 

3 PID 參數(shù)整定方法

       XMPA-9000 具有專家系統(tǒng)的 PID 參數(shù)自整定，做法是將知識庫用于 PID 參數(shù)調(diào)整，在頻域中加以整定，通過在線校正整定系數(shù)可以在較短的時間內(nèi)獲得理想的 PID 控制參數(shù)。

 

       專家式 PID 參數(shù)整定算法即根據(jù)一般 PID 控制算法及專家經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出一套整定規(guī)則，作出推理決策，對 PID 參數(shù) KP、TI、TD等進(jìn)行整定，其一般結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。

       該自整定控制器的工作過程是，在閉環(huán)系統(tǒng)受到擾動時，對系統(tǒng)誤差 e 的時間特性進(jìn)行模式識別，分別識別出該過程響應(yīng)曲線的多個特征參數(shù) ei，i = 1，2，…，m( 如超調(diào)量、阻尼比、衰減振蕩周期、上升時間等) 。將所測出的特征參數(shù)值與用戶事先設(shè)定好的特征參數(shù)值進(jìn)行比較，其偏離量送入專家系統(tǒng)，專家系統(tǒng)在線推斷出為消除各特征量的偏離，控制器各參數(shù)所應(yīng)有的校正量 ΔTj，送入到常規(guī)的 PID控制器，以修正 PID 控制器的各個參數(shù)。與此同時，控制器根據(jù)系統(tǒng)誤差 e 以及所整定的參數(shù)進(jìn)行運(yùn)算，輸出控制信號 u 到廣義被控對象進(jìn)行控制，直到被控過程的響應(yīng)曲線的特征參數(shù)滿足用戶期望的要求。 

 

4 結(jié)束語

       通過以上的分析可以看出，熱電偶群爐自動檢定系統(tǒng)能較好地防止控溫過程中的超調(diào)和欠調(diào)現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)自然、平穩(wěn)的溫度過渡，既可減少不必要的等待時間，又可得到理想的恒溫指標(biāo)。