張?zhí)禊i 洛陽單晶硅集團(tuán)有限責(zé)任公司 471000

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工業(yè)生產(chǎn)中智能儀表對電阻爐溫度控制的應(yīng)用

張?zhí)禊i 洛陽單晶硅集團(tuán)有限責(zé)任公司 471000

【文章摘要】

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

【關(guān)鍵詞】

工業(yè)生產(chǎn)；智能儀表；電阻爐；溫度控制

進(jìn)入新世紀(jì)后，計算機(jī)技術(shù)得到了較快的發(fā)展，在工業(yè)自動化中計算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，同時，工業(yè)儀表具有的功能也越來越多。隨著新技術(shù)的推廣，測控儀作為主要的測量工具已經(jīng)進(jìn)入數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化時代。不僅各種測量和控制的設(shè)備進(jìn)入數(shù)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(wǎng)絡(luò)連接起來，讓工業(yè)生產(chǎn)過程的監(jiān)控和管理分布得以實現(xiàn)。

1 智能儀表概述

經(jīng)過較長時間科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和生產(chǎn)力的發(fā)展，測試和測控技術(shù)已日臻完善和成熟。對于物理量和化學(xué)量來講都有和其相適應(yīng)的測試辦法。但是，傳統(tǒng)上的測試方法在測量的過程中，要求所測得物理量是靜態(tài)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(chǎn)生了較大的影響。隨著微電子技術(shù)、半導(dǎo)體和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷的發(fā)展，現(xiàn)代測試與控制技術(shù)也迅速的發(fā)展起來，對于動態(tài)量的測量是一種福音。

智能儀表的主體是單片機(jī)，就小型儀表來講，單片機(jī)里的儲存器需要具有控制功能，主要是要進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理和復(fù)雜的控制，其中監(jiān)控較大的程序以及需要測量大量的數(shù)據(jù)，為了實現(xiàn)這些功能就需要對單片機(jī)進(jìn)行拓展儲存器。在轉(zhuǎn)換模擬信號之后，進(jìn)入單片機(jī)內(nèi)部需要通過輸入的通道，單片機(jī)執(zhí)行任務(wù)是根據(jù)鍵盤輸入命令來進(jìn)行的。通信接口實現(xiàn)功能是通過函數(shù)或總線接口與上位機(jī)通過智能化測量控制在整個過程中儀器的遠(yuǎn)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(nèi)部的監(jiān)控程序，每個模塊都具有特定的功能。例如，達(dá)到一定的算法、對某一個中斷的服務(wù)程序進(jìn)行繼續(xù)執(zhí)行、對來自鍵盤的命令進(jìn)行分析和執(zhí)行。對監(jiān)控程序中的功能模塊進(jìn)行改進(jìn)，保證智能測控儀表運行穩(wěn)定，功能齊全，保證控制精度。

2 智能儀表在溫度控制中的應(yīng)用

2.1智能儀表在溫度控制中應(yīng)用的必要性

電阻爐是一個比較滯后的大慣性系統(tǒng)，影響控制系統(tǒng)的因素有多種，如開關(guān)爐門、加熱的材料、環(huán)境的溫度和電源電壓的轉(zhuǎn)換等，數(shù)學(xué)模型是傳統(tǒng)的電阻爐溫度控制系統(tǒng)建立的基礎(chǔ)，對被控對象中的非線性、時變性和隨機(jī)干擾起不到很好的效果。目前，實驗室人員根據(jù)燒結(jié)溫度對電阻爐的輸入電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)來實現(xiàn)電阻爐的溫度控制，實現(xiàn)的方法有兩種：第一種是人為手動的去進(jìn)行調(diào)節(jié)，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(jié)合在一起，讓保溫可以自動進(jìn)行，但是要想實現(xiàn)加熱，還需要實驗者的調(diào)節(jié)，不能根據(jù)給出的升溫或者降溫速度進(jìn)行精確的調(diào)節(jié)。一般來說，國內(nèi)電阻爐溫度控制系統(tǒng)和西方發(fā)達(dá)國家相比，存在明顯的差距，國內(nèi)普遍使用的是模擬儀表控制，在這個系統(tǒng)中參數(shù)的選擇需要人為進(jìn)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(huán)境發(fā)生變動，就需要對其進(jìn)行再一次的設(shè)置，操作極為繁瑣，無法保存以前的控制數(shù)據(jù)，所以有必要研究基于智能儀表的溫度控制系統(tǒng)。

2.2智能儀表在溫度控制硬件系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.2.1智能儀表在溫度采集功能中的應(yīng)用

在采集溫度系統(tǒng)中，輸入的是一種熱電偶（K、S、E三選一）和溫度補(bǔ)償二極管通道，轉(zhuǎn)換這些傳感器的模擬信號，儀表中使用的A / D轉(zhuǎn)換是公共的，即分時占由A/ D轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)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(shù)量級，放大器必須與通道的數(shù)據(jù)采集和交換實時并快速的調(diào)整增益，因此程控放大器的設(shè)計增益為1，10和50，對應(yīng)使用在K、W、S型熱電偶上的信號放大。在軟件中對增益進(jìn)行設(shè)置，也就是說在一定的或者對應(yīng)的時間段內(nèi)增益選擇器開關(guān)只開通一路。雖然，在開關(guān)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(tǒng)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(yè)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(shù)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(shù)據(jù)存儲器的擴(kuò)展

在AT89C55芯片內(nèi)RAM的數(shù)據(jù)字節(jié)是256，一旦系統(tǒng)突然斷電，對于一些比較重要信息如溫度曲線、控制參數(shù)等將會丟失，要是在生產(chǎn)的過程中沒有得當(dāng)?shù)奶幚矸绞捷p者導(dǎo)致生產(chǎn)終止，嚴(yán)重的會導(dǎo)致生產(chǎn)故障。雖然串行EEPROM的數(shù)據(jù)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(jī)中是非常適合的。要是把256X8位的串行EEPROM芯片AT24C02上進(jìn)行外部拓展，對于系統(tǒng)參數(shù)、溫度曲線可以在一定程度上進(jìn)行保存，即使在斷電的情況下，也可以保證這些關(guān)鍵數(shù)據(jù)的安全。

3 結(jié)束語

進(jìn)入21世紀(jì)后，國內(nèi)的計算機(jī)技術(shù)得到了快速的發(fā)展，電子計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)在自動化控制領(lǐng)域使用的越來越廣泛，在生產(chǎn)中使用智能儀表對電阻爐溫度進(jìn)行控制是一項比較成熟的技術(shù)。雖然國內(nèi)在這方面的發(fā)展和國外相比還有一定程度的差異，但是最近幾年國內(nèi)在這方面的研究也在不斷的深入，已經(jīng)取得了較好的成績。同時在加大國內(nèi)自主研發(fā)的基礎(chǔ)上，對國外的先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行引進(jìn)，也是比較合適的發(fā)展國內(nèi)相關(guān)技術(shù)的方法。

【參考文獻(xiàn)】

[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(yè)用熱電偶及補(bǔ)償導(dǎo)線技術(shù)手冊〔M」.北京:中國計量出版社,2003.

[3]陳強(qiáng).溫度二次儀表自動校準(zhǔn)虛擬儀器系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[M].西安: 西安電子科技大學(xué), 2004.

[4]侯來靈.電加熱爐溫度智能控制器[J].自動化儀表, 1997.