試談電阻爐溫度控制系統的改進
【摘要】在科學技術飛速發展的今天，我國電阻爐溫度控制設備的現狀況依然堪憂。本文主要研究的是電阻爐的溫度控制問題，要實現對電阻爐的溫度控制，就必須了解電阻爐的特性，爐溫控制的基本原理，有關溫度控制的設計，以實現對電阻爐溫度的精確控制，滿足熱處理工藝對溫度的控制精度和控制規律的需要。
【關鍵字】電阻爐；溫度控制；設計；
隨著社會經濟和科學的迅速發展，越來越多的技術工藝都用于制造加工當中，其中熱處理工藝越來越多的被用于加工過程，在熱處理工藝中應用最多的就是電阻爐，但現階段我國電阻爐溫度控制設備的狀況是很少一部分比較先進的設備和絕大多數比較落后設備并存。其中儀表控制占據主導地位，其控制精度不高，且在一定程度上依賴人工調試，pid調節是目前技術最成熟的、應用最廣泛的一種控制方法，但仍不能滿足復雜的工作狀況，給質量和工作效益帶來了很大的負面影響。因此對電阻爐溫度控制系統的改進尤為重要。
目前有很多關于電阻爐溫度控制系統改進的設計，本文介紹一種新型的控制方法，通過它來
說明爐溫控制的改進，這種方法結合上下機位，設計出來的對溫度實時監控的系統，即集散式熱處理電阻爐溫度控制系統。其核心是使用一臺計算機監控多臺熱處理爐，實現集散型的爐溫控制效果。
1 系統工作原理
這種控制方法是由一臺上位機工作站、打印機、rs 485接口、以及多臺下位機（從機）組成。為了實現分散性控制、集中式管理即集散式控制的目標，系統將pc機與多臺單片機（從機）共同組成集散式智能溫度控制系統。
操作人員可在pc上位機上進行操作，通過pc機的圖形顯示屏，進行對整個系統及下位機的監控，上位機對下位機發出控制命令，同時下位機想上位機報各數據，上位機對數據再做出適當的處理，通過這種溝通模式，實現了分散控制和集中管理的最佳效果。
下位機主要包括主cpu部分、輸入通道、輸出通道、鍵盤和顯示部分。他們主要的工作是完成對溫度的檢測、顯示、計算、輸送以及與上位機之間的聯系，且每一個下位機在自身的工作模式下，能夠通過使用面板上面的鍵盤進行工藝參數的設置，工藝曲線的完善等操作，
而在遠程工作模式下，下位機無論是設置工藝參數還是操作工藝運行的狀態和情況都完全受控于pc上位機，在控溫的整個過程中，系統將會在顯示屏上以圖形的形式表示工藝曲線，且描繪當前的實際溫度和運行狀況，人機處于十分有好的合作狀態。
上位機利用串行接口與各個下位機之間相互通信，進行各種參數和命令的發送與接收，在下位機運行過程中，上位機收到下位機發送的工藝參數，同時對工藝數據進行記錄與保存，顯示工藝曲線和反映下位機的工作狀況，這樣提供了分析控溫工藝的有效手段，同時上位機通過發送和讀寫命令對下位機實現遠程監控。
2 溫度控制原理
系統中每臺下位機都是獨立的溫度控制系統，這種溫度控制系統的原理框架圖如下圖所示。
此控制系統為一封閉環。系統的輸出量y經采樣放大電路、模數轉換電路轉變為數字量y，與設定溫度r進行比較，得到溫差e=r—y。把e送入控制器，運用控制算法，求出控制量u，輸出通道將控制量轉換為開關量，控制繼電器的動作，從而控制加熱閥開關時間的長短，使溫度達到設定的數值。
3 系統技術指標
整個控制系統最終達到的技術指標是在系統中的各個環節共同作用下完成的。每一個環節都是不容忽視的，在一般的情況下，技術指標達到某個限度后，即使要提高一點點都是非常不容易的，為此可能要付出多達幾倍的時間和經費。經分析溫度控制系統的實際應用，得到該系統精確的技術指標如下：
從機數量：小于20 測溫范圍：0-1100攝氏度
測溫誤差：上下浮動不超過0.4攝氏度控溫誤差：上下浮動不超過3攝氏度
通訊距離：小于1500米
4 系統下位機硬件設計
系統中的各下位機需要完成溫度的收集、數據的處理、保存及顯示、控制輸出、與上位機互相通信等功能。其硬件電路主要設計了主cpu模塊、輸入通道、輸出通道、鍵盤、顯示和串行通信等幾個模塊。
下位機以89c52單片機為工作核心。一方面，單片機把實時溫度測定值與原本設定的期望溫度值進行比較分析，得出偏差信號，然后根據設定及時切斷或連通加熱設備，從而使溫度準確的控制在設定值上。避免發生不必要的差錯。另一方面單片機把測定得到的相關數據送去液晶顯示接口顯示，并判斷是否有報警提醒的需要。與此同時單片機又把測定得到的有關數據，通過通信接口傳輸給上位機，上位機則會進行顯示、分析和處理。
5 下位機軟件設計
下位機軟件功能：（1）定時采集電阻爐內部的溫度值；（2）可通過串行接口給上位機發送運行參數；（3）接收上位機發送的pid參數，計算控制輸出，精確控制電阻爐內溫度：（4）顯示器顯示實測及理論溫度；（5）本地工作模式下，由下位機完成工藝參數的設置；（6）遠程工作模式下，按接收到的上位機命令進行工作。
工作模塊是下位機的核心部分，其中控制算法部分應用了純滯后補償的增量式pid實現溫度控制，pid的三個參數都是由上位機在線整定，下位機在控制和檢測溫度的同時向上位機實時發送工藝數據，以保證上位機能夠實時記錄和分析。在遠程工作模式下，軟件采用查詢的方式訪問串行接口，按照上位機發送的各種有效的命令來運行操作。由于系統采用集散
式控制，由上位機分別聯絡各下位機，因而各下位機每接收到上位機發送來的命令都要首先判斷出是否是發給自己的命令，如果是則可以作出相應的處理，若不是則將信息清除，不予理會。遠程工作模式下下位機的本地鍵盤起不到任何作用，各工藝數據的設置與修改由上位機發送，保存并由上位機發送控制命令。
6 上位機軟件設計
上位機的主要功能是對下位機進行監控，以及在監控過程中通過接受下位機發來的數據對工藝運行過程進行分析處理，確保下位機的正常運行。從而保證自己數據來源和命令的下達，主要功能如下：（1）接收下位機傳輸來的運行數據：（2）實時整定pid參數；（3）監控所有下位機的工作狀態；（4）需要的時候給下位機發送控制命令；（5）及時保存下位機的各項數據。
7 結語：
集散式熱處理電阻爐溫度控制系統是一種新型的溫度控制方法，結合上位機和下位機，創建了一套對溫度實時控制的集散式系統。系統結合智能控制技術、串行通信技術以及熱處
理工藝技術于一體，具備良好的控制和跟蹤性能，控溫準確度高，在確保其它工藝的條件正常的情況下，提高了工件的質量，降低了能源消耗，具有一定的社會經濟效益。此系統實現了本地和遠程兩種工作模式，實現了人機的良好互動，操作簡單方便，溫控數據可以實時進行處理和保存，從而大大提高了控制精度。
