分析溫度控制器在工業(yè)烤箱上的應(yīng)用

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工業(yè)烤箱一般的電熱真空干燥箱都采用先加熱真空室壁面、再由壁面向工件進行輻射加熱的方式。在這種方式下，控溫儀表的溫度傳感器可以布置在真空室外壁。傳感器可以同時接受對流、傳導、和輻射熱。而處于真空室里的玻璃棒溫度計只能接受輻射熱，更由于玻璃棒黑度不可能達到1，相當一部分輻射熱被折射了，因此玻璃棒溫度計反映的溫度值就肯定低于儀表的溫度讀數(shù)。一般講，200℃工況時儀表的溫度讀數(shù)與玻璃棒溫度計的讀數(shù)兩者相差30℃以內(nèi)是正常的。如果控溫儀表的溫度傳感器布置在真空室內(nèi)，玻璃棒溫度計的溫度值與儀表的溫度讀數(shù)之間的差異可以適當縮小，但不可能消除，而真空室的密封可靠性增加了一個可能不可靠環(huán)節(jié)。如果從操作實用角度考慮不希望看到這個差異，可以采用控溫儀表特有的顯示修正功能解決。

一般的電熱（鼓風）干燥箱均設(shè)有溫度均勻度參數(shù)：自然對流式的干燥箱為工作溫度上限乘3%，強制對流式的干燥箱為工作溫度上限乘2.5%。惟獨電熱真空干燥箱不設(shè)溫度均勻度參數(shù)，真空干燥箱內(nèi)依靠氣體分子運動使工作室溫度達到均勻的可能性幾乎已經(jīng)沒有了。因此，從概念上我們就不能再把通常電熱（鼓風）干燥箱所規(guī)定的溫度均勻度定義用到真空干燥箱上來。在真空狀態(tài)下設(shè)這個指標也是沒有意義的。熱輻射的量與距離的平方成反比。同一個物體，距離加熱壁20cm處所接受的輻射熱只是距離加熱壁10cm處的1/4。差異很大。這種現(xiàn)象與冬天曬太陽時，曬到太陽的一面很暖和，曬不到太陽的一面比較冷是一個道理。由于真空干燥箱在結(jié)構(gòu)上很難做到使工作室三維空間內(nèi)的各點輻射熱的均勻一致，同時也缺乏權(quán)威的評估方法，這有可能是電熱真空干燥箱標準中不設(shè)溫度均勻度參數(shù)的原因。

二、烤箱的優(yōu)勢及工作原理

1、耐用性較強：由于電熱器被密封在箱體內(nèi)，與外界空氣接觸面小，因此不易被氧化腐蝕。

2、內(nèi)熱循環(huán)：烘烤物件受熱均勻。

3、電氣控制安全可靠：結(jié)構(gòu)合理，有效工作面積大，功能全，操作簡單，維修調(diào)整方便，噪音小，可靠性高，成本低，能耗少，生產(chǎn)效率高。

工作原理：

通過數(shù)顯儀表與溫感器的連接來控制溫度，采用熱風循環(huán)送風方式，熱風循環(huán)系統(tǒng)分為水平式和垂直式。均經(jīng)計算，風源是由送風馬達運轉(zhuǎn)帶動風輪經(jīng)由電熱器，將熱風送至風道后進入烘箱工作室，且將使用后的空氣吸入風道成為風源再度循環(huán)加熱運用，如此可有效提高溫度均勻性。如箱門使用中被開關(guān)，可借此送風循環(huán)系統(tǒng)迅速恢復操作狀態(tài)溫度值。

三、系統(tǒng)要求及結(jié)構(gòu)：

1、儀表的控制精度為±0.2%；

2、儀表帶一路4-20mA變送輸出；

2、儀表帶上下限報警；

3、移相觸發(fā)外部三相可控硅；

4、帶程序升溫，采用AI人工智能PID調(diào)節(jié)；

四、儀表的選型及功能：

根據(jù)系統(tǒng)的要求我們選用了AI-708PAX3L2L2X5+AIJK3，利用AI-708P的主輸出作為AIJK3的控制信號，來控制加熱輸出，通訊口變送一路信號4-20mA給變頻器。

AI-708P智能調(diào)節(jié)器在AI-708的基礎(chǔ)上增加了30+20段時間程序控制功能，前30段可編程為自動跳轉(zhuǎn)執(zhí)行，實現(xiàn)循環(huán)控制，采用先進的模塊化設(shè)計，具備5個功能模塊插座：輔助輸入、主輸出、報警、輔助輸出及通訊，儀表的輸入方式可自由設(shè)置為熱電偶、熱電阻和線性電流，具體模塊功能如下；

X3：光電隔離高精度線性電流輸出；

X5：自帶隔離電源的光電隔離的高精度線性電流輸出；

L2：繼電器觸點開關(guān)輸出模塊；

AIJK系列是應(yīng)用了單片機技術(shù)的智能化三相移相觸發(fā)及周波過零兩用觸發(fā)器，功能強大且可靠性高，能適應(yīng)各種電阻絲、硅碳棒及負載采用變壓器降壓的硅鉬棒、鎢絲等到各種類型工業(yè)電爐，也可用于電機軟啟動的控制，其主要特點包括：

主要特點包括：

0-20mA（0-5V）/4-20mA（1-5V）信號兼容輸入；

采用計算機技術(shù)進行線性化功率修正，當負載為阻性時，其輸出功率與輸入信號成正比；

缺相檢測、過流檢測及報警功能；AIJK3還具備可控硅擊穿及負載開路檢測功能；

自動同步功能，連接可控硅觸發(fā)線時不需要對相序；AIJK3甚到不需要對極性；

采用錢光電隔離及“燒不壞”技術(shù)，可靠性非常高，對輸入端造成干擾??；

電流反饋或延遲時間可調(diào)的軟啟動/軟停止功能，可適應(yīng)硅鉬棒、鎢絲、電動機及感性負載；

儀表的調(diào)節(jié)功能采用先進的AI人工智能PID調(diào)節(jié)算法。具有無超調(diào)、高精度、參數(shù)確定簡單、對復雜對象也能獲得較好的控制效果等特點。改進后的PID參數(shù)是采用宇電特有的M5、P、t等控制參數(shù)來表示的。

五、儀表參數(shù)設(shè)置：

根據(jù)工藝的具體要求，AI-708P的參參數(shù)設(shè)置如下；

dF=0.3；回差（死區(qū)、滯環(huán)）用于避免因測量輸入值波動而導致位式調(diào)節(jié)頻繁通斷；

Ctrl=1控制方式采用AI人工智能調(diào)節(jié)/PID調(diào)節(jié)；

M5；保持參數(shù)與參數(shù)PID調(diào)節(jié)的積分時間起相同作用，在這由AT人工自整定而得，若控制不準則依據(jù)被控制對象的現(xiàn)象調(diào)整；

P；速率參數(shù)：類似PID調(diào)節(jié)器的比例帶，但變化相反。這值越大，比例、微分作用成正比增強，反之相應(yīng)減弱；

T；滯后時間：T參數(shù)的正確設(shè)定值與PID調(diào)節(jié)中微分時間相等；

CTL=1；輸出周期：如果采用SSR或可控硅作輸出執(zhí)行器件控制周期可取短一些；

SN=0；輸入規(guī)格0為K型熱電偶輸入；

OP1=4；輸出方式采用4-20mA輸出給AIJK3；

CF=2；系統(tǒng)功能選擇，為反作用調(diào)節(jié)，輸入增大時，輸出趨向減?。粌x表有上電免除報警功能；

Run=3；儀表在通電后無論出現(xiàn)何種情況，儀表都進入停止狀態(tài)；

AIJK3的設(shè)置；

AIJK3的設(shè)置是能過內(nèi)部的一個六位的DIP開關(guān)來設(shè)定的；

位：用于選擇輸入信號規(guī)格，OFF表示輸入0-20mA或0-5V（電流或電壓輸入則用跳線選擇），ON表示輸入信號為4-20mA或1-5V，在這里設(shè)置為ON；

第二位選擇三相三線/三相四線制的接線方式，AIJK3放置在OFF位置；

第三位用于選擇移相/周波過零觸發(fā)方式，OFF表示移相觸了，ON表示周波過零觸發(fā)，這里選擇OFF；

第四位用于選擇缺相報警，OFF為三相中只要有任一相缺相或可控硅擊穿就報警，這里設(shè)置為OFF；

第五位用于選擇IN2功能為電流反饋或調(diào)整軟啟動/軟停止延遲時間，OFF表示用于調(diào)整軟啟動/軟停止時間，設(shè)置為OFF；

第六位用于特殊功能，設(shè)置為OFF；

板上還有2個跳線，分別選擇主輸入（IN1）和IN2的是電流輸入還是電壓輸入；

六、系統(tǒng)調(diào)試：

AI系列調(diào)節(jié)儀表具備參數(shù)自整定功能：AI人工智能調(diào)節(jié)方式初次使用時，要啟動自整定功能來協(xié)助確定M5、P、t等控制參數(shù)。初次啟動自整定時，可將儀表切換到顯示狀態(tài)下，按小于鍵并保持約2秒鐘，此時儀表下顯示器將閃動顯示“At”字樣，表明儀表已進入自整定狀態(tài)。自整定時，儀表執(zhí)行位式調(diào)節(jié)，經(jīng)2～3次振蕩后，儀表內(nèi)部微處理器根據(jù)位式控制產(chǎn)生的振蕩，分析其周期、幅度及波型來自動計算出M5、P、t等控制參數(shù)。儀表在自整定成功結(jié)束后，會將參數(shù)CtrL設(shè)置為3（出廠時為1）或4，這樣今后無法從面板再按小于鍵啟動自整定，可以避免人為的誤操作再次啟動自整定。已啟動過自整定功能的儀表如果今后還要啟動自整定時，可以用將參數(shù)CtrL設(shè)置為2的方法進行啟動。

系統(tǒng)在不同給定值下整定得出的參數(shù)值不完全相同，執(zhí)行自整定功能前，應(yīng)先將給定值設(shè)置在常用值或是中間值上，如果系統(tǒng)是保溫性能好的電爐，給定值應(yīng)設(shè)置在系統(tǒng)使用的值上，再執(zhí)行啟動自整定的操作功能。參數(shù)CtI（控制周期）及dF（回差）的設(shè)置，對自整定過程也有影響，一般來說，這2個參數(shù)的設(shè)定值越小，理論上自整定參數(shù)準確度越高。推薦CtI=0-2，dF=2.0。此外，基于需要學習的原因，自整定結(jié)束后初次使用，控制效果可能不是，需要使用一段時間（一般與自整定需要的時間相同）后方可獲得效果。