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[评论] 露点式湿热箱

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文章出处:上海自动化仪表集团 [2007/3/8 1]
责任编辑:上仪营销中心技术部
作者:金卫国

 概述

    露点式湿热箱可供各种产品和材料进行不同规范的潮热试验和干热试验。一台20世纪70年代初设计、90年初代生产,现在还在使用的Y61320温热试验箱,虽然它的温度控制精度较高(误差不超过±0.5℃,温度不均匀性不大于1℃),但由于是采用模拟电子电路设计,电路较复杂,在元器件老化及发生温控故障时很难找到替代品维修,并且试验箱的温度测量不是数字显示,显得很不直观,有必要进行技术改造,应用智能PID调节仪可解决这些问题。近年来,智能调节仪以其功能强大、性能价格高等优点在工业控制领域得到广泛应用。PID控制具有结构简单、稳定性能好、可靠性高等优点,尤其适用于可建立精确数学模型的确定性控制系统。在控制理论和技术飞速发展的今天,工业过程控制领域仍有90%的回路在应用PID控制策略。将智能控制和常规PID控制方法融合在一起而形成的智能PID控制器,它吸收了两者的优点,因而具备自学习、自适应、自组织的能力能够自动辨识被控过程参数的变化,它又具备常规PID控制器结构简单、鲁棒性强、可靠性高、为现场工程人员所熟悉等特点。正是这两大优势,使得智能PID控制成为众多过程控制的一种较理想的装置。根据这个设想,将试验箱的后热器、热套和水箱的加热器的温度控制改用智能自整定PID调节仪控制。这种仪表具有以下的特点:(1) 采用万能输入装置,使每块仪表仅通过简单快捷的菜单选择,即可实现仪表的各种分度号、标准信号及远传压力信号、毫伏信号的输入。(2) 采用模块化通用电路结构,通过简单的模块组合,即可实现仪表的各种功能变换,通用性和灵活性显著增强。(3) 采用了集成度更高的IC芯片和先进的SMT表面元件贴装工艺以及独特的电路屏蔽技术,从而具备超强的抗干扰力和可靠性,可在十分严酷的电磁干扰环境下长期稳定工作。

原理

    原有湿温箱电路的温控原理如图1所示。先把空气加湿到饱和状态或接近饱和状态,然后把湿空气加热,降低空气的相对湿度达到所需的湿度值。箱内的空气经螺壳通风机进入加湿通道喷雾加湿后,空气达到或接近所需的饱和状态,再经后热器加热,空气达到所需的空气状态。只要适当地控制后热器及水箱水的温度,就能达到所需要的湿度和温度。采用智能PID控制仪分别控制后热器、热套和水箱的加热器的温度。在实际应用中,当箱内实际温度小于设定温度时,由感温元件热敏电阻将温度变化转化为电阻值的变化,测温直流电桥的不平衡输出经差动放大和相敏检波后,产生频率不同的触发脉冲,加到可控硅的控制极上,使其导电角变化,从而获得升温过程所需的功率。当实际温度和设定温度相等时,测量电桥平衡,只有频率较低的触发脉冲输出,使可控硅以很少的导电角开启,提供一个小功率以弥补自然散发的热量而维持恒温。当实际温度高于设定温度时,触发电路无脉冲输出,可控硅完全关断,加热器两端无电压供给,试验箱停止加热。


  图原湿温箱电路温控原理图


  改进后控制加热应用电路图

 

应用智能PID调节仪后的控制加热应用电路如图2所示,采用Pt100作为测温元件输入到控制仪中,和改进前电路不同的是加热功率的大小是由智能PID调节器输出信号控制双向可控硅的控制极上,控温更加准确和直观。

算法、整定和操作

3.1  系统控制算法
   
本系统控制算法采用积分分离的PID算式,因温度系统属于变化比较缓慢的控制对象,当偏差较大时,系统在升温、停止升温或温度在大幅度升降时,由于积分项的作用,将会产生一个很大的超调量,使系统不停地振荡。为了消除这一现象,采用了积分分离的方法,即在控制量开始跟随时取消积分分离作用,直至被调量接近给定值,才产生积分作用。采用积分分离使调节器性能得到改善。

3.2  PID自整定原理
   
当用户启动仪表的自整定功能后,调节器自动转换成位式调节状态,即当测量值小于设定值时调节器输出为满程,反之为零,使系统产生振荡,振荡过程中调节器自动提取被控对象的特征参数。当系统振荡一个半周期后,调节器算出最佳PID整定参数再转换成PID自动调节。

3.3  PID参数自整定操作
   
XMA5000智能调节仪为例具体说明自整定操作。
(1) 
按常规设定各参数,用手动调节方式证实系统工作正常。
(2) 
{PID}菜单中的{Pr}参数设定为≤0,将{CdA0}参数设定为调节器输出0%时的PV稳态值,并确认退出。此时,仪表副屏显示<AT>(小数点常亮)表示仪表处于自整定准备状态。
(3) 
按下“ENT”键仪表进入自整定状态。此时仪表副屏显示<AT>(小数点闪烁)表示仪表处于自整定状态。
(4) 
自整定结束后,仪表进入PID调节。在{PID}菜单中可查PrTiTd经整定后的数值。
若自整定失败,仪表副屏显示的<AT>闪烁。

    在自整定过程中或自整定失败后都可以按“ENT”键退回自整定准备状态,重新进行自整定。
自整定过程一般为1180分钟,需要进行12次被调参数的上下循环。自整定参数设置错误、中途断电、输入信号断线、输入信号超量或自整定时间超过3小时都可以导致自整定失败。

结语

    基于传统的PID控制结合智能仪器的智能PID控制器,由于具有良好的性能,在工业过程控制中应得到广泛的应用。

 

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