工業生產中智能儀表對電阻爐溫度控制的應用

張天鵬 洛陽單晶硅集團有限責任公司 471000

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工業生產中智能儀表對電阻爐溫度控制的應用

張天鵬 洛陽單晶硅集團有限責任公司 471000

【文章摘要】

隨著科學技術的不斷發展以及生產力的提高，對溫度進行測控在工業電爐控制中是非常重要的。在運行的過程中要嚴格控制設定好的溫度曲線，因為電源事故導致停止加熱或者控制精度下降，最后工業加工就不會成功。所以，以工業電爐為對象，把智能儀表當做控制它的工具，具有一定的實用意義。

【關鍵詞】

工業生產；智能儀表；電阻爐；溫度控制

進入新世紀后，計算機技術得到了較快的發展，在工業自動化中計算機技術、通訊技術得到了廣泛的應用，同時，工業儀表具有的功能也越來越多。隨著新技術的推廣，測控儀作為主要的測量工具已經進入數字化、智能化、網絡化時代。不僅各種測量和控制的設備進入數字化，同時還可以把分散的控制裝置和各類智能儀表通過網絡連接起來，讓工業生產過程的監控和管理分布得以實現。

1 智能儀表概述

經過較長時間科學技術的進步和生產力的發展，測試和測控技術已日臻完善和成熟。對于物理量和化學量來講都有和其相適應的測試辦法。但是，傳統上的測試方法在測量的過程中，要求所測得物理量是靜態的，也就意味著測量的對象不可以隨著時間的變化而變化或者變化的幅度不能太大，這就對測試的精度產生了較大的影響。隨著微電子技術、半導體和計算機網絡技術不斷的發展，現代測試與控制技術也迅速的發展起來，對于動態量的測量是一種福音。

智能儀表的主體是單片機，就小型儀表來講，單片機里的儲存器需要具有控制功能，主要是要進行復雜的數據處理和復雜的控制，其中監控較大的程序以及需要測量大量的數據，為了實現這些功能就需要對單片機進行拓展儲存器。在轉換模擬信號之后，進入單片機內部需要通過輸入的通道，單片機執行任務是根據鍵盤輸入命令來進行的。通信接口實現功能是通過函數或總線接口與上位機通過智能化測量控制在整個過程中儀器的遠程通信是在一個軟件程序的控制下完成的，許多程序模塊組成了裝在儀表內部的監控程序，每個模塊都具有特定的功能。例如，達到一定的算法、對某一個中斷的服務程序進行繼續執行、對來自鍵盤的命令進行分析和執行。對監控程序中的功能模塊進行改進，保證智能測控儀表運行穩定，功能齊全，保證控制精度。

2 智能儀表在溫度控制中的應用

2.1智能儀表在溫度控制中應用的必要性

電阻爐是一個比較滯后的大慣性系統，影響控制系統的因素有多種，如開關爐門、加熱的材料、環境的溫度和電源電壓的轉換等，數學模型是傳統的電阻爐溫度控制系統建立的基礎，對被控對象中的非線性、時變性和隨機干擾起不到很好的效果。目前，實驗室人員根據燒結溫度對電阻爐的輸入電壓進行調節來實現電阻爐的溫度控制，實現的方法有兩種：第一種是人為手動的去進行調節，這種方法普遍流行于實驗室中，但是這種方法也是比較明顯的缺點，在整個過程中實驗人員要全程在場，致使人資源的浪費，控制精度依賴于控制人員的操作水平，不能提高控制的精度。第二種控制方法是在主回路采取雙向晶閘管裝置，和一些簡單的儀器結合在一起，讓保溫可以自動進行，但是要想實現加熱，還需要實驗者的調節，不能根據給出的升溫或者降溫速度進行精確的調節。一般來說，國內電阻爐溫度控制系統和西方發達國家相比，存在明顯的差距，國內普遍使用的是模擬儀表控制，在這個系統中參數的選擇需要人為進行的，也就意味著需要給其配備專門的工作人員，不僅浪費勞人力，增加運營成本，而且工作也不精確，如果所處的環境發生變動，就需要對其進行再一次的設置，操作極為繁瑣，無法保存以前的控制數據，所以有必要研究基于智能儀表的溫度控制系統。

2.2智能儀表在溫度控制硬件系統中的應用

2.2.1智能儀表在溫度采集功能中的應用

在采集溫度系統中，輸入的是一種熱電偶（K、S、E三選一）和溫度補償二極管通道，轉換這些傳感器的模擬信號，儀表中使用的A / D轉換是公共的，即分時占由A/ D轉換。系統中次級輸出電壓范圍為400 ～ 600mV； K型熱電偶正常輸出電壓在0 ～ 75mV之間；K型熱電偶可以正常輸出電壓在0 ～ 75mV之間；S型熱電偶可以正常輸出得電壓在0 ～ 20mV之間。由于不在一個數量級，放大器必須與通道的數據采集和交換實時并快速的調整增益，因此程控放大器的設計增益為1，10和50，對應使用在K、W、S型熱電偶上的信號放大。在軟件中對增益進行設置，也就是說在一定的或者對應的時間段內增益選擇器開關只開通一路。雖然，在開關本身可能也存在一定的電阻，但是不會影響到放大器增益的測量。

2.2.2智能儀表的電源性能

在集散控制系統中比較適用智能溫度儀表，所以，給該儀表提供電源的是工業用220V交流電。其性能、要求是：（1）在輸入上的要求：AC220V10 %；（2）在輸出上的要求：數字電路電源為DC5V / 100mA的采集，放大；DC2.5VA/D參考電壓供電等。

2.2.3數據存儲器的擴展

在AT89C55芯片內RAM的數據字節是256，一旦系統突然斷電，對于一些比較重要信息如溫度曲線、控制參數等將會丟失，要是在生產的過程中沒有得當的處理方式輕者導致生產終止，嚴重的會導致生產故障。雖然串行EEPROM的數據沒有較高的傳輸速度，但是其體積小、容量小、引腳也少，因此對于非易失性存儲、低速度、低引腳的單片機中是非常適合的。要是把256X8位的串行EEPROM芯片AT24C02上進行外部拓展，對于系統參數、溫度曲線可以在一定程度上進行保存，即使在斷電的情況下，也可以保證這些關鍵數據的安全。

3 結束語

進入21世紀后，國內的計算機技術得到了快速的發展，電子計算機技術、通信技術在自動化控制領域使用的越來越廣泛，在生產中使用智能儀表對電阻爐溫度進行控制是一項比較成熟的技術。雖然國內在這方面的發展和國外相比還有一定程度的差異，但是最近幾年國內在這方面的研究也在不斷的深入，已經取得了較好的成績。同時在加大國內自主研發的基礎上，對國外的先進技術進行引進，也是比較合適的發展國內相關技術的方法。

【參考文獻】

[1]楊振江.熱電偶測溫的軟件處理方法「J〕.電子科技雜志,1994,3:44一46.

[2]王健石.工業用熱電偶及補償導線技術手冊〔M」.北京:中國計量出版社,2003.

[3]陳強.溫度二次儀表自動校準虛擬儀器系統的研究與實現[M].西安: 西安電子科技大學, 2004.

[4]侯來靈.電加熱爐溫度智能控制器[J].自動化儀表, 1997.