張?zhí)禊i 洛陽(yáng)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(duì)電阻爐溫度控制的應(yīng)用

張?zhí)禊i 洛陽(yáng)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(duì)溫度進(jìn)行測(cè)控在工業(yè)電爐控制中是非常重要的。在運(yùn)行的過(guò)程中要嚴(yán)格控制設(shè)定好的溫度曲線(xiàn)，因?yàn)殡娫词鹿蕦?dǎo)致停止加熱或者控制精度下降，最后工業(yè)加工就不會(huì)成功。所以，以工業(yè)電爐為對(duì)象，把智能儀表當(dāng)做控制它的工具，具有一定的實(shí)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(jì)算機(jī)技術(shù)得到了較快的發(fā)展，在工業(yè)自動(dòng)化中計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，同時(shí)，工業(yè)儀表具有的功能也越來(lái)越多。隨著新技術(shù)的推廣，測(cè)控儀作為主要的測(cè)量工具已經(jīng)進(jìn)入數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化時(shí)代。不僅各種測(cè)量和控制的設(shè)備進(jìn)入數(shù)字化，同時(shí)還可以把分散的控制裝置和各類(lèi)智能儀表通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)，讓工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)控和管理分布得以實(shí)現(xiàn)。

1 智能儀表概述

經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和生產(chǎn)力的發(fā)展，測(cè)試和測(cè)控技術(shù)已日臻完善和成熟。對(duì)于物理量和化學(xué)量來(lái)講都有和其相適應(yīng)的測(cè)試辦法。但是，傳統(tǒng)上的測(cè)試方法在測(cè)量的過(guò)程中，要求所測(cè)得物理量是靜態(tài)的，也就意味著測(cè)量的對(duì)象不可以隨著時(shí)間的變化而變化或者變化的幅度不能太大，這就對(duì)測(cè)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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷的發(fā)展，現(xiàn)代測(cè)試與控制技術(shù)也迅速的發(fā)展起來(lái)，對(duì)于動(dòng)態(tài)量的測(cè)量是一種福音。

智能儀表的主體是單片機(jī)，就小型儀表來(lái)講，單片機(jī)里的儲(chǔ)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(cè)量大量的數(shù)據(jù)，為了實(shí)現(xiàn)這些功能就需要對(duì)單片機(jī)進(jìn)行拓展儲(chǔ)存器。在轉(zhuǎn)換模擬信號(hào)之后，進(jìn)入單片機(jī)內(nèi)部需要通過(guò)輸入的通道，單片機(jī)執(zhí)行任務(wù)是根據(jù)鍵盤(pán)輸入命令來(lái)進(jìn)行的。通信接口實(shí)現(xiàn)功能是通過(guò)函數(shù)或總線(xiàn)接口與上位機(jī)通過(guò)智能化測(cè)量控制在整個(gè)過(guò)程中儀器的遠(yuǎn)程通信是在一個(gè)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(gè)模塊都具有特定的功能。例如，達(dá)到一定的算法、對(duì)某一個(gè)中斷的服務(wù)程序進(jìn)行繼續(xù)執(zhí)行、對(duì)來(lái)自鍵盤(pán)的命令進(jìn)行分析和執(zhí)行。對(duì)監(jiān)控程序中的功能模塊進(jìn)行改進(jìn)，保證智能測(cè)控儀表運(yùn)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(gè)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(kāi)關(guān)爐門(mén)、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(duì)被控對(duì)象中的非線(xiàn)性、時(shí)變性和隨機(jī)干擾起不到很好的效果。目前，實(shí)驗(yàn)室人員根據(jù)燒結(jié)溫度對(duì)電阻爐的輸入電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)電阻爐的溫度控制，實(shí)現(xiàn)的方法有兩種：第一種是人為手動(dòng)的去進(jìn)行調(diào)節(jié)，這種方法普遍流行于實(shí)驗(yàn)室中，但是這種方法也是比較明顯的缺點(diǎn)，在整個(gè)過(guò)程中實(shí)驗(yàn)人員要全程在場(chǎng)，致使人資源的浪費(fèi)，控制精度依賴(lài)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(jiǎn)單的儀器結(jié)合在一起，讓保溫可以自動(dòng)進(jìn)行，但是要想實(shí)現(xiàn)加熱，還需要實(shí)驗(yàn)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(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)電阻爐溫度控制系統(tǒng)和西方發(fā)達(dá)國(guó)家相比，存在明顯的差距，國(guó)內(nèi)普遍使用的是模擬儀表控制，在這個(gè)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(zhuān)門(mén)的工作人員，不僅浪費(fèi)勞人力，增加運(yùn)營(yíng)成本，而且工作也不精確，如果所處的環(huán)境發(fā)生變動(dòng)，就需要對(duì)其進(jìn)行再一次的設(shè)置，操作極為繁瑣，無(wú)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(hào)，儀表中使用的A / D轉(zhuǎn)換是公共的，即分時(shí)占由A/ D轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)中次級(jí)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(gè)數(shù)量級(jí)，放大器必須與通道的數(shù)據(jù)采集和交換實(shí)時(shí)并快速的調(diào)整增益，因此程控放大器的設(shè)計(jì)增益為1，10和50，對(duì)應(yīng)使用在K、W、S型熱電偶上的信號(hào)放大。在軟件中對(duì)增益進(jìn)行設(shè)置，也就是說(shuō)在一定的或者對(duì)應(yīng)的時(shí)間段內(nèi)增益選擇器開(kāi)關(guān)只開(kāi)通一路。雖然，在開(kāi)關(guān)本身可能也存在一定的電阻，但是不會(huì)影響到放大器增益的測(cè)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(chǔ)器的擴(kuò)展

在A(yíng)T89C55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(duì)于一些比較重要信息如溫度曲線(xiàn)、控制參數(shù)等將會(huì)丟失，要是在生產(chǎn)的過(guò)程中沒(méi)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(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)故障。雖然串行EEPROM的數(shù)據(jù)沒(méi)有較高的傳輸速度，但是其體積小、容量小、引腳也少，因此對(duì)于非易失性存儲(chǔ)、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(duì)于系統(tǒng)參數(shù)、溫度曲線(xiàn)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(yǔ)

進(jìn)入21世紀(jì)后，國(guó)內(nèi)的計(jì)算機(jī)技術(shù)得到了快速的發(fā)展，電子計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)在自動(dòng)化控制領(lǐng)域使用的越來(lái)越廣泛，在生產(chǎn)中使用智能儀表對(duì)電阻爐溫度進(jìn)行控制是一項(xiàng)比較成熟的技術(shù)。雖然國(guó)內(nèi)在這方面的發(fā)展和國(guó)外相比還有一定程度的差異，但是最近幾年國(guó)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(jī)。同時(shí)在加大國(guó)內(nèi)自主研發(fā)的基礎(chǔ)上，對(duì)國(guó)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(guó)內(nèi)相關(guān)技術(shù)的方法。

【參考文獻(xiàn)】

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