基于PT100的溫度控制系統

丘書榮

摘 ?要：該文主要介紹了一種電袋復合除塵器的溫度控制系統。該系統通過鉑熱電阻PT100對設備的溫度進行采集，處理器根據采集到的溫度和預設溫度進行比較，繼而控制溫度調節單元對設備的溫度進行調節，溫度控制系統主要用于電袋復合除塵器的高壓電場絕緣子加熱及灰斗加熱，確保絕緣子溫度，保證不出現結露，防止絕緣子擊穿放電;通過對灰斗進行恒溫控制，確保灰斗不粘灰，從而保證電袋復合除塵器的正常運行。

關鍵詞：電袋復合除塵器 ?溫度控制 ?鉑熱電阻

中圖分類號：TP273 ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? 文章編號：1672-3791（2019）05（b）-0038-02

電袋復合除塵器充分發揮靜電除塵器和布袋除塵器各自的優勢，將前級電除塵和后級袋除塵有機地串聯成一體。在除塵過程中，保溫箱及灰斗等關鍵部位的溫度直接影響到除塵器能否正常工作。溫度過高或過低都會影響電袋復合除塵器的正常運行及除塵效果，因而需要實時對電袋復合除塵器關鍵設備的溫度進行恒溫調節，以保證電袋復合除塵器的正常運行。在除塵領域，主要采用鉑熱電阻Pt100進行溫度的采集，其有性能穩定，測量范圍大，精度高等優點，因此在除塵行業中得到廣泛的運用。該文主要論述了一種基于PT100的溫度控制系統的實現方法及原理。

1 ?溫度控制原理

溫度控制系統主要用于實現溫度的采集及恒溫控制，其余為輔助功能。主要功能由溫度采集回路、溫度調節單元及處理器3部分組成。首先利用溫度傳感器鉑熱電阻PT100來實現溫度采集，由于鉑熱電阻是電阻式溫度傳感器，利用其電阻阻值會隨著外圍環境溫度的變化而變化的特性來測量溫度，因此測溫的本質實際上是測量PT100傳感器的電阻，通過將電阻的變化轉化成電壓或電流等模擬信號，再將模擬信號轉化成數字信號，然后由單片機處理得到相應的溫度。處理器將采集計算得到的溫度值與預設溫度值進行比較，以此來確定外部加熱回路是否接通，進而實現現場設備的恒溫控制。

每一溫度控制通道具有一個測溫輸入，一個控制I/O輸出，一個返回I/O輸入。當測溫達到控制區間上限時，控制輸出使光耦不導通，從而使交流接觸器斷開。當溫度達到控制區間下限時，控制輸出使光耦接通，從而使交流接觸器吸合通電加熱。

返回I/O輸入邏輯來自交流接觸器的輔助觸點。當輔助觸點與控制輸出的邏輯不相符時，產生不對應報警。每一個通道設有報警上限、下限溫度。上限溫度值必須大于溫控區間的上限，下限溫度值必須小于溫控區間的下限。當溫度失靈，溫度超過（低于）報警上限（下限）溫度時，產生相對應的報警。

2 ?硬件構成

溫度控制系統硬件電路主要由溫度采集回路、通道選擇單元、信號處理單元、串行通信單元、存儲器、光耦隔離單元、溫度調節單元及處理器組成。其中處理器為核心，其余各塊電路單元均為實現不同功能。如圖1為溫度控制系統硬件組成框圖。

2.1 溫度采集回路

溫度控制系統設置有8個溫度采集回路，均采用PT100鉑熱電阻作為現場溫度測量傳感器，外接溫度傳感器的輸出端采用三線制接法，可消除導線電阻引起的測量誤差，測量精度更高。控制系統內采集電路采用橋式電路，利用橋式電路兩側回路電阻不平衡時產生的電位差來將現場測量到的電阻值轉換控制系統為可以識別的電信號。

2.2 通道選擇單元

通道選擇單元主要是采用八入一出可選通芯片，將8個溫度采集回路測得的溫度信號通過一個輸出通道傳送給CPU。主CPU通過輪詢方式依次掃描各個采集回路的電信號，方便地實現了多通道溫度采集信號的轉換。

2.3 信號處理單元

信號處理單元的主要功能是將測量到的電信號通過程序計算轉換為溫度信號，還包括對采集到的電信號進行預處理，剔除干擾信號，使得處理后的溫度更接近現場實際溫度。

2.4 光耦隔離單元

光耦隔離單元主要是用于實現與外部接線時的隔離，起到保護及隔離作用，光耦隔離單元輸入端回路為5V電壓、導通與否可受CPU控制;輸出端回路為24V電壓，與外部控制回路連接。

2.5 溫度調節單元

溫度調節單元主要作用是將測量計算后的溫度值與控制值進行比較，若測量值小于控制下限值，則進行加熱;若測量值大于控制上限值，則不進行加熱，進而實現現場設備的恒溫控制。

2.6 輔助單元

輔助單元主要包括串行通信單元及存儲器單元，串行通信單元采用標準MODBUS RTU通信，可方便地實現與其他系統如PLC、DCS的通信連接;存儲單元用于設置參數的存儲，具有掉電保存功能。

3 ?軟件系統

軟件部分主要基于單片機來設計，實現了AD采集和數據處理的功能，它主要包括AD采集程序和查表程序。AD采集實現了模擬信號向數字信號的轉換，然后用查表法得到對應的溫度值。由于現場環境存在電磁干擾及電路中存在干擾，當采樣時候會有波動信號疊加的情況，導致一些采樣結果會出現偏差。為了減小由于信號干擾原因造成的采樣誤差，在實際采樣時測量多個點，然后再通過平均值濾波法，通過程序選擇其中偏差較大的一個最大值和一個最小值剔除，再對剩下的采樣值求取均值，通過平均法濾波消除干擾后得到的A/D轉換結果比較接近實際值。

3.1 參數初始化

在主程序運行前，先讀出EEPROM內部各段地址內存儲的參數分別賦給對應的變量，供系統運行使用。若讀取數據出錯將調用默認參數。

3.2 通道選擇

溫度控制系統具備8路溫度檢測通道，每個通道經過CPU控制片選回路實現該通道與A/D單元接通，再由CPU采集相應通道電壓對應的AD值。