電加熱控制系統(tǒng)的電氣設(shè)計(jì)-謝開(高工論文)

1、富臨金工廠電加熱控制系統(tǒng)的電氣設(shè)計(jì)electrical design of the electric heating control system of a factory謝開四川正菱建設(shè)監(jiān)理有限公司摘要：為了使高精度車床生產(chǎn)車間的溫度恒定，保證高精度車床的加工精度。采 用由固態(tài)繼電器、plc和監(jiān)控計(jì)算機(jī)組成的控制系統(tǒng)，控制車間的電加熱器實(shí)現(xiàn) 間歇式加熱，從而控制車間溫度恒定。所設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制和實(shí)時(shí) 監(jiān)控，不僅使控制更加精確，而且減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率。關(guān)鍵詞：電加熱；溫度控制系統(tǒng)；固態(tài)繼電器；電氣設(shè)計(jì)in order to make high precision lat

2、he workshop product!on of constant 怕mperature, guarantee high accuracy of the processing precision of lathe.by using solid state relay, plc and monitoring computer control system, to maintain constant temperature electric heater workshop realize intermittent heating, thereby con trolling the worksho

3、p temperature constant.the desig n of the control system can achieve the remote control and real time monitoring, not only make the control more accurate, but also reduces the labor intensity, improve the production efficiency.abstract: in order to make temperature in workshop collocated machines wi

4、th high precision be invariableness and ensure the machines with high accuracy. the control system, which consists of solid state relays, plc and monitoring computer, is used to control electric heater intermittently work to ensure temperature not to vary. the control system can achieve remote contr

5、ol, real-time monitoring, can improve control accurate, can reduce the labor intensity and can increase the production efficiency.key words: electric heating； temperature control system； solid state relays electrical design0引言近年來，隨著科技飛速發(fā)展，對一些高精度零件的加工條件和設(shè)備的存放 條件捉出越來越嚴(yán)格的要求。例如，某加工精度在12pm機(jī)床，其上檢測元件 坐標(biāo)尺、光

6、柵尺和床身所采用的材料不一樣，當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)，因所用 各種材料的膨脹系數(shù)不一樣，坐標(biāo)尺、光柵尺與床身的膨脹程度不同，從而導(dǎo) 致機(jī)床的加工精度降低。因此，為保證高精度機(jī)床的加工精度，就要求對存放 該類機(jī)床車間的環(huán)境溫度作出嚴(yán)格的控制。其中，采用恒溫車間能有效解決該 類問題，溫度的恒定通常采用電加熱方式來調(diào)節(jié)，因而設(shè)計(jì)一套精確的溫度電 氣控制系統(tǒng)就顯得非常必要。2電加熱控制系統(tǒng)該恒溫車間電加熱總控制功率65kw,共分10個(gè)加熱區(qū)，米用電加熱管加 熱。控制系統(tǒng)具冇手動(dòng)、自動(dòng)控制2種模式，采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控操作各個(gè)加熱區(qū) 的發(fā)熱管，并在屏幕上顯示各個(gè)加熱區(qū)的溫度、報(bào)警信息等。該電氣控制系統(tǒng) 采用分區(qū)

7、控制模式，當(dāng)某一加熱分區(qū)出現(xiàn)故障時(shí)，不會影響其它加熱分區(qū)的正 常工作，從|佃保證車間溫度始終恒定在所設(shè)定范圍。圖1所示為電加熱控制系統(tǒng)的主耍組成。其工作原理是：房間內(nèi)的溫度傳 感器即熱電阻作為整個(gè)系統(tǒng)的輸入，經(jīng)過adam模塊轉(zhuǎn)換，將傳感器傳入的電 壓或電流值轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)信號輸入到監(jiān)控計(jì)算機(jī)，經(jīng)過計(jì)算機(jī)的比較后，由plc 程序來控制固態(tài)繼電器的通斷頻率來控制加熱管的工作功率，從而達(dá)到整個(gè)控 制系統(tǒng)的需要。以太網(wǎng)監(jiān)控計(jì)算機(jī)信號輸入匕plc+複塊s7200控制輸岀圖1電加熱控制系統(tǒng)組成3電加熱控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1電加熱控制系統(tǒng)的控制原理電加熱控制系統(tǒng)采用同態(tài)繼電器和交流接觸器來控制電加熱管工作，英控

8、制原理見圖2。在固態(tài)繼電器和交流接觸器同時(shí)通電時(shí)，電加熱管才能止常工 作，實(shí)現(xiàn)溫度控制。固態(tài)繼電器和交流接觸器的工作由plc控制，電加熱管的 功率是由固態(tài)繼電器的通斷頻率來決定。固態(tài)繼電器的通斷頻率通過pwm調(diào) 節(jié)器調(diào)節(jié)輸出脈沖的占空比來實(shí)現(xiàn)。li ol2 ol3o圖2電加熱控制系統(tǒng)控制原理3.2電加熱系統(tǒng)的pid調(diào)節(jié)和pwm調(diào)節(jié)在車間恒溫控制系統(tǒng)中，車間實(shí)際溫度與系統(tǒng)設(shè)定溫度總會存在一定的謀 差，該溫度誤差就作為系統(tǒng)控制的輸入量，通過pid和pwm存莆在s7-200里 面的預(yù)設(shè)指令進(jìn)行調(diào)節(jié)。3.2.1 pid調(diào)節(jié)過程pid調(diào)節(jié)器其實(shí)是一條指令，其工作原理見圖3。pv為輸入值，sp為設(shè)定 值，

9、通過pid調(diào)節(jié)器的分析得出需要加熱的功率的實(shí)際值，即：mvo這里暫且 將mv看作需要加熱的一個(gè)百分比。譬如：房間現(xiàn)在的溫度pv為18°c,而設(shè) 定值為20°c,房間溫度沒有達(dá)到系統(tǒng)要求，需要加熱管工作。但是，加熱管不 能是全功率運(yùn)行，必須有一個(gè)加熱范圍，bij：加熱功率百分比。通過pid調(diào)節(jié) 器可算岀這個(gè)加熱功率百分比的具體值mvo pid調(diào)節(jié)器的過程仿真由s7-200 來控制（見圖4）。由pid調(diào)節(jié)器計(jì)算出加熱百分比mv以后，再± pwm調(diào)節(jié)設(shè)定仇（sp） vw108圖4 p1d調(diào)節(jié)器的過程仿真器來控制固態(tài)繼屯器。pid mvpvsp圖3 pid調(diào)節(jié)器3.2.2

10、 pwm調(diào)節(jié)過程整個(gè)系統(tǒng)電加熱的功率由圖5所示的控制固態(tài)繼電器通斷頻率的反饋調(diào)節(jié) 器pwm來實(shí)現(xiàn)。電加熱功率可用p=w*t/t來表示，式中p表示電加熱的平均 功率，w表示電加熱管的實(shí)際功率，t表示固態(tài)繼電器的實(shí)際通電時(shí)間，t表示 由plc控制的固態(tài)繼電器的總時(shí)間。通過該調(diào)節(jié)裝置，電加熱系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)任 何一個(gè)功率值。此過程的調(diào)節(jié)是通過pwm調(diào)制器來調(diào)節(jié)輸出脈沖的占空比，從 而控制固態(tài)繼電器的通斷頻率。例如，生產(chǎn)實(shí)際中需把加熱管的功率調(diào)到5kw, 加熱管的實(shí)際功率為7kw,就需要來調(diào)節(jié)占空比。如果固態(tài)繼電器的總工作時(shí) 間為7s,通過pwm調(diào)節(jié)器把實(shí)際通電吋間調(diào)節(jié)為5s,就可以實(shí)現(xiàn)加熱管5kw 的工

11、作功率。b|j： p=7kw*5s/7s=5kw。由此可見，該控制系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)任意需要 的電加熱功率值。圖5 pwm反饋調(diào)節(jié)裝置由pid調(diào)節(jié)器算出的mv值通過pwm調(diào)制器的調(diào)節(jié)后，輸出高速脈沖， 高速脈沖的占空比就能實(shí)現(xiàn)固態(tài)繼電器的工作頻率的控制。圖6所示的脈沖中, t為脈沖寬度，t為信號周期，則同態(tài)繼電器的工作頻率為t/t,加熱管的加熱 功率就為p二w*t/t。采用s7-200來控制pwm調(diào)制器的特點(diǎn)是：只冇輸出端q0.0和q0.1才能 輸出方波信號，而且方波信號的周期和脈沖寬度都能獨(dú)立調(diào)節(jié)。脈沖寬度即在 一個(gè)周期時(shí)間內(nèi)，輸出信號處于高電平的時(shí)間，也即本溫度控制系統(tǒng)中固態(tài)繼 電器的實(shí)際接通時(shí)間。圖6脈沖輸出示意圖4結(jié)束語該工廠電加熱控制系統(tǒng)的電氣設(shè)計(jì)能根據(jù)系統(tǒng)的操作要求，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)和口動(dòng) 控制，采用了新型電氣元件固態(tài)繼電器來對電加熱器