低温马弗炉温度控制系统的设计.pdf

白动挫与
低温马弗炉温度控制系统的设计
孙凯,沈精虎,梁飞
(青岛大学机电工程学院,山东青岛266071)
Design of Low Temperature Muffle Furnace Temperature Control System
SUN Kai, SHEN Jing-hu, LIANG F
( College of Mechanical and Electrical Engineering, Qingdao University, Qingdao 266071, hina
摘要: Pyramax系列低温马弗炉以ICM作为温和光伏等行业应用较为普遍的加热设备。低温马弗
控系统的控制核心,实现温度的精确控制。系统是炉(400℃以下)的结构通常分炉体和温度控制2个
基于PLC的低温马弗炉温度控制系统设计,以PLC部分,国内低温马弗炉炉体的设计生产已经较为成
作为实现エ具、以PID作为控制方法,对温控系统熟,但在温度控制系统方面仍存在着温控精度低、稳
的硬件、软件结构进行了分析设计,并阐述了系统的态误差大和自适应性差等问题,导致其难以满足复
控制原理。整个控制系统结枃简単、运行稳定、便于杂工况条件下的产品生产。低温马弗炉的温控系统
维护,实现了对温度的精确控制。
设计主要依赖于技术成熟的外国公司,因此,在技术
关键词;PLC;马弗炉;设计
资料、参数设置、配件采购和技术服务方面都受到许
中图分类号:TP27
多限制,其操作、维护困难。所以,有必要开展对温
文献标识码:A
控系统的设计研究门。
文章编号:1001~2257(2014)03-0055-03
Abstract: The Pyramax series low- tempera-1温控系统设计原理
ture muffle furnace temperature control system
马弗炉温度作为被控对象,其系统本身的动态
with ICM (Intellimax Control Module as the
特性基本上属于一阶滯后环节,在控制算法上可以
core, realizes accurate control of temperature. This
采用PID控制。PID调节以其结构简单、稳定性
article is a low-temperature muffle furnace tem-
好、可靠性高和易于工程实现等优点而成为工业控
perature control system design based on the PLC
制主要技术之一。其在连续控制系统中控制规律
taking PLC as a tool, using PID as a control meth
为
od, analysing and designing the structure of hard-
ware and software of the temperature control sys-
x()=Kplc(の)+ァ六e(r)dr+。de(
tem, and describing the design principle of the sys
e(t)为调节器输入函数,即给定量与反馈量的
tem. The whole control system is simple, stable
偏差;Kp为比例系数;T1为积分时间常数;TD为微
easy to maintain, and achieve precise control of the
分时间常数。
temperature.
PID控制器中参数整定非常重要,实际应用中
Key words: PLC; muffle furnace design
般采用的是工程整定方法,如经验法、衰减曲线
法、界比例带法和反应曲线法。系统采用临界比
0引言
例带法,用临界比例带法整定调节器参数时,先要切
马弗炉是周期作业式加热炉,供实验室、工矿企积分和微分作用,让控制系统以较大的比例带,在
业、科研单位作元素分析测定和一般小型钢件淬火、
纯比例控制作用下运行,然后逐渐减小Kp,每减小
退火和回火等热处理时加热用,是钢铁、冶金、电子
次都要认真观察过程曲线,直到达到等幅振荡时
记下此时的比例带k(称为临界比例带)和波动周期
收稿日期:2013-10-1
T,然后按经验公式求出调节器的参数值。
《机械与电子》2014(3)
55
低温马弗炉温度控制系统的设计
2马弗炉温度控制系统设计
弗炉温度控制实现过程中,炉温用K型热电偶检
测,K型热电偶将检测到的温度信号送人模拟量输
Pyramax系列低温马弗炉是低温马弗炉中较为入模块FX-4AD-TC,经A/D转换后得到与温
复杂的一种型号。此设备可以生产覆铜电路板和陶度成比例的数字量,再将它与温度设定值比较,根据
瓷基板等复杂工艺产品。因此,它对温度有严格要偏差的大小,结合PID控制规律对两者的差值进行
求,炉膛内的温度控制精度直接关系到产品质量的运算,得出一个计算结果,即继电器在一个采样周期
好坏。图1是生产某种产品时低温马弗炉的温度控中的导通与截止的比率。再经脉宽调制(PWM),得
制曲线。实际生产中通过整定PID的3个参数,使到继电器在一个采样周期中的导通时间。通过控制
实际生产温度曲线与给定工艺温度曲线相拟合。固态继电器在一个采样周期中的导通时间,郎可使
电阻丝开始加热或停止加热,实现对温度的闭环控
320
制。其中,PLC及其扩展模块组成的主控系统,作
为马弗炉温度控制系统的核心起着重要作用?。
160
PD节PwN-固态绻电器一电阻
050100150200250300350400450
A/D
度传感器
图2温控系统硬件流程
图1某工艺产品生产温度控制曲线
温控系统硬件迮接如图3所示。系统设计采集
低温马弗炉的基本设计参数如表1所示。
2个测量点的温度,再取其平均值作为被测系统的
表1低温马弗炉碁本设计参数表
实际温度,以保证系统的测量精度。选用FXN
最高设定温度
350℃
工作温度
80~325℃C
4AD-TC模拟量输人模块采集2路温度信号,它是
温度控制精度
土2℃
与热电偶型温度传感器相匹配的,该模块是集温度
加热丝功率(近似值)
11 kw
采集和数据处理于一身的专用温度模块,模块中集
主电源
380V三相50H
成有12位A/D转换器,K型热电偶分辨率达0.4
控制电源
220V单相
C;数字输出以12位转换、16位补码的形式存储,
2.1马弗炉温控系统硬件设计
内部有温度补偿电路;其使用非常方便,只需将热电
为了满足
偶接到它的接线端子上,不再需要任何外部变送器
系统的控制要
求,采用三菱
启动停止
公司的FX2N
SLD
热电偶1
系列PIC,采
COM X1
用模块化设
CH2
热电偶2
计。硬件系统
FX2型PLC
FX2S-4AD-T
主要由PLC
及其模拟量输
24