分析温度控制器在工业烤箱上的应用

　　一、概述

　　工业烤箱一般的电热真空干燥箱都采用先加热真空室壁面、再由壁面向工件进行辐射加热的方式。在这种方式下，控温仪表的温度传感器可以布置在真空室外壁。传感器可以同时接受对流、传导、和辐射热。而处于真空室里的玻璃棒温度计只能接受辐射热，更由于玻璃棒黑度不可能达到1，相当一部分辐射热被折射了，因此玻璃棒温度计反映的温度值就肯定低于仪表的温度读数。一般讲，200℃工况时仪表的温度读数与玻璃棒温度计的读数两者相差30℃以内是正常的。如果控温仪表的温度传感器布置在真空室内，玻璃棒温度计的温度值与仪表的温度读数之间的差异可以适当缩小，但不可能消除，而真空室的密封可靠性增加了一个可能不可靠环节。如果从操作实用角度考虑不希望看到这个差异，可以采用控温仪表特有的显示修正功能解决。

　　一般的电热（鼓风）干燥箱均设有温度均匀度参数：自然对流式的干燥箱为工作温度上限乘3%，强制对流式的干燥箱为工作温度上限乘2.5%。惟独电热真空干燥箱不设温度均匀度参数，真空干燥箱内依靠气体分子运动使工作室温度达到均匀的可能性几乎已经没有了。因此，从概念上我们就不能再把通常电热（鼓风）干燥箱所规定的温度均匀度定义用到真空干燥箱上来。在真空状态下设这个指标也是没有意义的。热辐射的量与距离的平方成反比。同一个物体，距离加热壁20cm处所接受的辐射热只是距离加热壁10cm处的1/4。差异很大。这种现象与冬天晒太阳时，晒到太阳的一面很暖和，晒不到太阳的一面比较冷是一个道理。由于真空干燥箱在结构上很难做到使工作室三维空间内的各点辐射热的均匀一致，同时也缺乏权威的评估方法，这有可能是电热真空干燥箱标准中不设温度均匀度参数的原因。

　　二、烤箱的优势及工作原理

　　1、耐用性较强：由于电热器被密封在箱体内，与外界空气接触面小，因此不易被氧化腐蚀。

　　2、内热循环：烘烤物件受热均匀。

　　3、电气控制安全可靠：结构合理，有效工作面积大，功能全，操作简单，维修调整方便，噪音小，可靠性高，成本低，能耗少，生产效率高。

　　工作原理：

　　通过数显仪表与温感器的连接来控制温度，采用热风循环送风方式，热风循环系统分为水平式和垂直式。均经计算，风源是由送风马达运转带动风轮经由电热器，将热风送至风道后进入烘箱工作室，且将使用后的空气吸入风道成为风源再度循环加热运用，如此可有效提高温度均匀性。如箱门使用中被开关，可借此送风循环系统迅速恢复操作状态温度值。

　　三、系统要求及结构：

　　1、仪表的控制为±0.2%；

　　2、仪表带一路4-20mA变送输出；

　　2、仪表带上下限报警；

　　3、移相触发外部三相可控硅；

　　4、带程序升温，采用AI人工智能PID调节；

　　四、仪表的选型及功能：

　　根据系统的要求我们选用了AI-708PAX3L2L2X5+AIJK3，利用AI-708P的主输出作为AIJK3的控制信号，来控制加热输出，通讯口变送一路信号4-20mA给变频器。

　　AI-708P智能调节器在AI-708的基础上增加了30+20段时间程序控制功能，前30段可编程为自动跳转执行，实现循环控制，采用先进的模块化设计，具备5个功能模块插座：辅助输入、主输出、报警、辅助输出及通讯，仪表的输入方式可自由设置为热电偶、热电阻和线性电流，具体模块功能如下；

　　X3：光电隔离高线性电流输出；

　　X5：自带隔离电源的光电隔离的高线性电流输出；

　　L2：继电器触点开关输出模块；

　　AIJK系列是应用了单片机技术的智能化三相移相触发及周波过零两用触发器，功能强大且可靠性高，能适应各种电阻丝、硅碳棒及负载采用变压器降压的硅钼棒、钨丝等到各种类型工业电炉，也可用于电机软启动的控制，其主要特点包括：

　　主要特点包括：

　　0-20mA（0-5V）/4-20mA（1-5V）信号兼容输入；

　　采用计算机技术进行线性化功率修正，当负载为阻性时，其输出功率与输入信号成正比；

　　缺相检测、过流检测及报警功能；AIJK3还具备可控硅击穿及负载开路检测功能；

　　自动同步功能，连接可控硅触发线时不需要对相序；AIJK3甚到不需要对极性；

　　采用钱光电隔离及“烧不坏”技术，可靠性非常高，对输入端造成干扰小；

　　电流反馈或延迟时间可调的软启动/软停止功能，可适应硅钼棒、钨丝、电动机及感性负载；

　　仪表的调节功能采用先进的AI人工智能PID调节算法。具有无超调、高、参数确定简单、对复杂对象也能获得较好的控制效果等特点。改进后的PID参数是采用宇电特有的M 5、P、t等控制参数来表示的。

　　五、仪表参数设置：

　　根据工艺的具体要求，AI-708P的参参数设置如下；

　　dF=0.3；回差（死区、滞环）用于避免因测量输入值波动而导致位式调节频繁通断；

　　Ctrl=1 控制方式采用AI人工智能调节/PID调节；

　　M5；保持参数与参数PID调节的积分时间起相同作用，在这由AT人工自整定而得，若控制不准则依据被控制对象的现象调整；

　　P；速率参数：类似PID调节器的比例带，但变化相反。这值越大，比例、微分作用成正比增强，反之相应减弱；

　　T；滞后时间：T参数的正确设定值与PID调节中微分时间相等；

　　CTL=1；输出周期：如果采用SSR或可控硅作输出执行器件控制周期可取短一些；

　　SN=0；输入规格0为K型热电偶输入；

　　OP1=4；输出方式采用4-20mA输出给AIJK3；

　　CF=2；系统功能选择，为反作用调节，输入增大时，输出趋向减小；仪表有上电免除报警功能；

　　Run=3；仪表在通电后无论出现何种情况，仪表都进入停止状态；

　　AIJK3的设置；

　　AIJK3的设置是能过内部的一个六位的DIP开关来设定的；

　　位：用于选择输入信号规格，OFF表示输入0-20mA或0-5V（电流或电压输入则用跳线选择），ON表示输入信号为4-20mA或1-5V，在这里设置为ON；

　　第二位选择三相三线/三相四线制的接线方式，AIJK3放置在OFF位置；

　　第三位用于选择移相/周波过零触发方式，OFF表示移相触了，ON表示周波过零触发，这里选择OFF；

　　第四位用于选择缺相报警，OFF为三相中只要有任一相缺相或可控硅击穿就报警，这里设置为OFF；

　　第五位用于选择IN2功能为电流反馈或调整软启动/软停止延迟时间，OFF表示用于调整软启动/软停止时间，设置为OFF；

　　第六位用于特殊功能，设置为OFF；

　　板上还有2个跳线，分别选择主输入（IN1）和IN2的是电流输入还是电压输入；

　　六、系统调试：

　　AI系列调节仪表具备参数自整定功能：AI人工智能调节方式初次使用时，要启动自整定功能来协助确定M 5、P、t等控制参数。初次启动自整定时，可将仪表切换到显示状态下，按小于键并保持约2秒钟，此时仪表下显示器将闪动显示“At”字样，表明仪表已进入自整定状态。自整定时，仪表执行位式调节，经2～3次振荡后，仪表内部微处理器根据位式控制产生的振荡，分析其周期、幅度及波型来自动计算出M 5、P、t等控制参数。仪表在自整定成功结束后，会将参数CtrL设置为3（出厂时为1）或4，这样今后无法从面板再按小于键启动自整定，可以避免人为的误操作再次启动自整定。已启动过自整定功能的仪表如果今后还要启动自整定时，可以用将参数CtrL设置为2的方法进行启动。

　　系统在不同给定值下整定得出的参数值不完全相同，执行自整定功能前，应先将给定值设置在常用值或是中间值上，如果系统是保温性能好的电炉，给定值应设置在系统使用的值上，再执行启动自整定的操作功能。参数CtI（控制周期）及dF（回差）的设置，对自整定过程也有影响，一般来说，这2个参数的设定值越小，理论上自整定参数准确度越高。推荐CtI=0-2，dF=2.0。此外，基于需要学习的原因，自整定结束后初次使用，控制效果可能不是，需要使用一段时间（一般与自整定需要的时间相同）后方可获得效果。

　　AI仪表的自整定功能具备较高的准确度，可满足超过90%用户的使用要求，但由于自动控制对象的复杂性，对于一些特殊应用场合，自整定出的参数可能并不是值，所以也可能需要人工调整的MPT参数。

　　七：结束语

　　随着工业自动化水平的提高，厦门宇电公司主打的AI系列仪表已在多种行业应用，在烤箱上配宇电仪表能够提高了控制效果，使用方便，缩短控制周期，节约能源。