基于PT100的溫度控制系統(tǒng)

丘書榮

摘 ?要：該文主要介紹了一種電袋復(fù)合除塵器的溫度控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過鉑熱電阻PT100對設(shè)備的溫度進行采集，處理器根據(jù)采集到的溫度和預(yù)設(shè)溫度進行比較，繼而控制溫度調(diào)節(jié)單元對設(shè)備的溫度進行調(diào)節(jié)，溫度控制系統(tǒng)主要用于電袋復(fù)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(xiàn)結(jié)露，防止絕緣子擊穿放電;通過對灰斗進行恒溫控制，確?；叶凡徽郴?，從而保證電袋復(fù)合除塵器的正常運行。

關(guān)鍵詞：電袋復(fù)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(fù)合除塵器充分發(fā)揮靜電除塵器和布袋除塵器各自的優(yōu)勢，將前級電除塵和后級袋除塵有機地串聯(lián)成一體。在除塵過程中，保溫箱及灰斗等關(guān)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(fù)合除塵器的正常運行及除塵效果，因而需要實時對電袋復(fù)合除塵器關(guān)鍵設(shè)備的溫度進行恒溫調(diào)節(jié)，以保證電袋復(fù)合除塵器的正常運行。在除塵領(lǐng)域，主要采用鉑熱電阻Pt100進行溫度的采集，其有性能穩(wěn)定，測量范圍大，精度高等優(yōu)點，因此在除塵行業(yè)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(tǒng)的實現(xiàn)方法及原理。

1 ?溫度控制原理

溫度控制系統(tǒng)主要用于實現(xiàn)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(diào)節(jié)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(xiàn)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(huán)境溫度的變化而變化的特性來測量溫度，因此測溫的本質(zhì)實際上是測量PT100傳感器的電阻，通過將電阻的變化轉(zhuǎn)化成電壓或電流等模擬信號，再將模擬信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，然后由單片機處理得到相應(yīng)的溫度。處理器將采集計算得到的溫度值與預(yù)設(shè)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(xiàn)現(xiàn)場設(shè)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(qū)間上限時，控制輸出使光耦不導(dǎo)通，從而使交流接觸器斷開。當溫度達到控制區(qū)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(chǎn)生不對應(yīng)報警。每一個通道設(shè)有報警上限、下限溫度。上限溫度值必須大于溫控區(qū)間的上限，下限溫度值必須小于溫控區(qū)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(chǎn)生相對應(yīng)的報警。

2 ?硬件構(gòu)成

溫度控制系統(tǒng)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(diào)節(jié)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(xiàn)不同功能。如圖1為溫度控制系統(tǒng)硬件組成框圖。

2.1 溫度采集回路

溫度控制系統(tǒng)設(shè)置有8個溫度采集回路，均采用PT100鉑熱電阻作為現(xiàn)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(dǎo)線電阻引起的測量誤差，測量精度更高?？刂葡到y(tǒng)內(nèi)采集電路采用橋式電路，利用橋式電路兩側(cè)回路電阻不平衡時產(chǎn)生的電位差來將現(xiàn)場測量到的電阻值轉(zhuǎn)換控制系統(tǒng)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(xiàn)了多通道溫度采集信號的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換為溫度信號，還包括對采集到的電信號進行預(yù)處理，剔除干擾信號，使得處理后的溫度更接近現(xiàn)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(xiàn)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(dǎo)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(diào)節(jié)單元

溫度調(diào)節(jié)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(xiàn)現(xiàn)場設(shè)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(xiàn)與其他系統(tǒng)如PLC、DCS的通信連接;存儲單元用于設(shè)置參數(shù)的存儲，具有掉電保存功能。

3 ?軟件系統(tǒng)

軟件部分主要基于單片機來設(shè)計，實現(xiàn)了AD采集和數(shù)據(jù)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(xiàn)了模擬信號向數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換，然后用查表法得到對應(yīng)的溫度值。由于現(xiàn)場環(huán)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(dǎo)致一些采樣結(jié)果會出現(xiàn)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(zhuǎn)換結(jié)果比較接近實際值。

3.1 參數(shù)初始化

在主程序運行前，先讀出EEPROM內(nèi)部各段地址內(nèi)存儲的參數(shù)分別賦給對應(yīng)的變量，供系統(tǒng)運行使用。若讀取數(shù)據(jù)出錯將調(diào)用默認參數(shù)。

3.2 通道選擇

溫度控制系統(tǒng)具備8路溫度檢測通道，每個通道經(jīng)過CPU控制片選回路實現(xiàn)該通道與A/D單元接通，再由CPU采集相應(yīng)通道電壓對應(yīng)的AD值。