温度检测与控制实验系统设计

1、任务书设计参数：被测温度 12001200 C，最大误差不超过士 1 1C, 设计要求：（1 1）. .被控对象为小型加热炉，供电电压 220VAC220VAC 功率 2KW2KW 用可控 硅控制加热炉温度；（2 2）. .通过查阅相关设备手册或上网查询， 选择温度传感器、调节器、 加热炉控制器等设备（包括设备名称、型号、性能指标等）；（3 3）. .设备选型要有一定的理论计算；（4 4）. .用所选设备构成实验系统，画出系统结构图；（5 5）. .列出所能开设的实验，并写出实验目的、步骤、要求等课程设计评语设计报告成绩 （30%设计过程成绩（30%口试成绩（40%总成绩一 摘要本文介绍了一个

2、简单的温度检测与控制系统的设计。该系统的被控对象为小 型加热炉，供电电压为 220VAC 功率 2KW 被测温度 1200 度，误差不超过土C。 本设计通过热电偶测量加热炉内液体的温度， 将热电偶的输出信号直接传输到调 节器，该调节器内部集成有变送器，并且可设定给定温度值，本实验为 1200 度。 调节器将偏差信号变为标准的 4 20MA或 1 5v 电信号。该信号输出到调功器， 可改变晶闸管导通时间，从而调节输出平均电压的大小，实现加热炉温度的控制。 经验证此控制器的性能指标达到要求。二系统框图本系统中，检测单元热电偶，调节器为集成变送器的数字调节器， 执行器为 可控硅调功器，被控对象为加热

3、炉，被控参数为温度。三设备选型1 热电偶热电偶要求测温度 1200 度，误差不超过土 1C，所以决定了只能用铂铑等贵 金属材料热电偶。铂铑热电偶又称高温贵金属热电偶，铂铑有单铂铑（铂铑 10-铂铑）和双铂铑（铂铑30-铂铑 6）之分，它们作为温度测量传感器,通常与温度变送器、调节器及显示仪表等配套使用，组成过程控制系统，用以直接测量或控制各种生产过程中0-1800C范围内的流体、蒸汽和气体介质以及固体表面等温度。铂铑热电偶的工作原理是铂铑热电偶是由两种不同成分的导体两 端接合成回路时，当两接合点温度不同时，就会在回路内产生热电流。如果 热电偶的工作端与参比端存在有温差时，显示仪表将会批示出热电

4、偶产生 的热电势所对应的温度值。基于测温精度要求很高，所以选择 s 型热电偶，即铂铑-10 铂型热电偶。名称分度号允差等级I级U级允差值测温范围C允差值测温范围C铂铑 10铂WRS 或 WRPWRS 或 WRPKS 1C或( 1 + (t-1100)*0.003 )013001.5C或0.25%01300由表格知，当选择I级 s 型热电偶时，其测温等级可以达到土C.本设计选择铂 铑-铂 WR系列热电偶。高温贵金属（铂铑）热电偶1、应用适用于各种生产过程中高温场合，广泛应用于玻璃及陶瓷及工业盐浴炉等测2、主要技术参数电气出口： M20 x1.5,NPT1/2精度等级：I、II防护等级：IP65偶

5、丝直径：0.5公称压力：常压3、型号及规格2 调节器本设计采用数字调节器，内集成有变送器，可直接接热电偶，将调节后的信 号转换为4-20MA 或 1-5V 的标准信号输出。数字式 PID 调节器采用了先进的嵌入式微处理器，结构紧凑，功能强；采用遵守CAN2.0A 协议的 82C250 和 SJA1000芯片，数据通信快递精确，全数字化，全分散，全开放；具有广泛的适用性，温控范围可达 01600r:精度高，最小可以采样 2uV 的信号；使用了独立的 RAM 存储器，各种参数可以随时修改和保存： 面板上设有按键和 LED 显示屏，可以实 时地监测、更改各个参数，操作简单，工作可靠。本设计选择SDC

6、40A数字指示调节器，其规格说明如下：SDC40A 数字指示调节器SDC40A 小型（96mmX96mm ）数字指示调节器是一种高精度 指示调节器，可接受热电偶、热电阻、直流电压、直流电流的 输入信号并对其进行控制。规格表记忆材料半导体不挥发性存储器电源85 264VAC,50/60Hz般功能消耗功率25VA max环境温度0 50r环境湿度1090%RH（无结露）重量约 750g类型热电偶,热电阻,直流电压/电流（国际标准）PV 输入采样周期0.1S(PV1)精度0.1%FS偏置-1000+1000U(U:工程单位)(PV2)类型4 20mACC,1 5VDCPV,SP 指示5 位 7 段

7、LED功能指示2 位 7 段 LED指示设定柱状 LEDMV,OK 指示,事件指示,RSW 监视设定点数1 或 8 点可选量程可选择SP 限制下限:-1999上限上限:下限26000PID 参数组8(3D/AK/5K/9K/BK:4 点冷却,4 点加热)PID 自动整定普通自整定/人工神经原+模糊推论整定/智能整定控制输出输出限幅下限:0上限上限:下限100%变化率限制0.1 10.0%/100ms作用方式正/反作用可选择SP 斜坡026000,单位:/h,0.1h./min,0.1/min通道数4 或 12远程开关NOP,READY/RUN,AUTO/MANUAL,REMOTEL/LOCAL

8、 AT 启/停,正/反RSW 输入功能作用,SP 选择 （PID 参数同时） ,MV 固定输出输入 2 的比例号选择，计算 机的馈方式 1/2事件 EV 输类型集电极开路干接点入占数丿、_$人2（标准型）,3 或 8（选项）类型PV,SP,DEV,|DEV|,MV,MFB（马达位置）,ALarm,回路诊断输出型式ON/OF SPST 接点辅助输出（AUX）回路数1 或 2（2G/3D/AK/5K/9K/BK 型:1 点）输出功能PV,SP,DEV,RSP,MV,MFB信号420mAbc（负载电阻 680Qmax）通讯功能RS-485附件 （单独 订货）81446083-001 硬防尘盖8144

9、6087-001 软防尘盖81446084-001 端子盖选型表序号选型表说明I基本型号C40A数字指示调节器n控制输出0D时间比例 PID,接点容量：250VAC,5A（阻性负载）6D时间比例 PID,电压:22.5VDC 0%2G位置比例 PID（M/M 驱动继电器,接点容量 250VAC）5G连续比例 PID（420mA）3D加热/冷却输出，继电器输出+继电器输出AK加热/冷却输出，继电器输出+电流输出5K加热於却输出，电流输出+电流输出9K加热/冷却输出.继电器输出+电压输出BK加热/冷却输出，电流输出+电压输出出功能0标准型1外给定型2内部串级型IV电源AS90 264VAC,50/

10、60HzV选项（1）00无选择014 点 RSW02增加 1SPDT 事迹034 点 PSW+1 点 SPDT044 点 RSW+1 点 AUX051 点 SPDT+1 点 AUX064 点 RSW+1SPDT+1 点 AUX074 点 RSW+2 点 AUX081 点 SPDT+2 点 AUX094 点 RSW+1 点 SPDT+2 点 AUX出选项（2）0无选择18 点 RSW+5 点事件（集电极开路输出）28 点 RSW+事件（集电极开路输出）+RS485VD选项（3）00无选择D0 附测试报告书T0热带处理注:1）选项的 2 点辅助输出不能用于 2G/3D/AK/5K/9K/BK 选型

11、2）选项（1）选项（2）的组合见下表3 执行器根据系统要求执行器选择可控硅调功器。可控硅调功器就是一种以可控硅（晶闸管）为基础，以智能数字控制电路为核心的电源功率控制电器。简 称可控硅调功器。又称调功器、可控硅调压器、电力调整器、电压调整器、 晶闸管调压器、晶闸管调功器、晶闸管调整器、调压器、晶闸管控制器、 晶闸管交流电力控制器、可控硅调整器、可控硅控制器、电力控制器、可 控硅交流电力控制器、电压控制器等。具有效率高、无机械噪声和磨损、响应速度快、体积小、重量轻等诸多优点。目前可控硅调功器主要有两种工 作方式,一种是移相触发工作方式，另一种是过零触发工作方式（1）.移相触发工作方式：利用数字电

12、路或模拟电路，根据输入控制信号，计算出可控硅触发控制角，并 在过零后进行延时触发.（2）.过零触发工作方式：过零触发工作方式通常分为二种，第一种是定周期过零控制，即在一个设定 周期内利用通断比例控制输出功率大小；第二种是变周期过零控制，该工作方式下，输出电压对负载冲击小。设计中选择的调功器信息如下：Kt16P 系列单相可控硅调压器/调功器（1）功能概述Kt16P 系列单相可控硅调压器/调功器是具有高度智能化的新型功率控制设备， 集移相调压型和变周期过零调功型两种触发方式于一体，通过外部转换开关可在 两种触发方式之间任意转换，所以既可以做调压器也可以做调功器。触发板采用 CPU 控制，并具有看门

13、狗保护，输出全部采取隔离技术，可控硅采用德国原装进 口模块，过载能力强，可靠性高。设置方便，接线简单，具有多种保护功能。其 有斜率调整、缓起动、缓关断、电流限制、过流保护，散热器超温保护等功能， 与智能温度控制仪表连接，实现温度的自动控制，适应于感性负载、阻性负载及 各种电加热设备。（2）技术规格控制输入信号电流输入：4-20mADC 输入阻抗：120Q电压输入（订货时申明）电源电压：220VAC 频率 50HZ （380VAC 订货申明）冷却方式：100A 及以上强制风冷，50A 及以下自然冷却调节输出范围：（0-100%）Us Us 为电源电压采样周期 控制输入信号：10 次/每秒 负载电

14、流：50 次/每秒报警继电器触点容量：220VAC 1A 阻性）运行环境周围温度范围：-10C50C周围湿度：w90%RH海拔高度：超过 1000 米因空气密度减小应降额使用绝缘阻抗：最小 20MQ 1000VDC绝缘体强度： 2500VAC 1 分钟手动调节电位器：10KQ/2W（3）功能设定1） P1 电位器P1 电位器是前置放大电位器，目的是将 4-20mADC 专换为 0-5VDC 出厂已设置好， 无需设置。2） P2 电位器P2 电位器为过电流报警设定电位器，出厂设置为：当负载电流超过额定电流的1.1 倍时发生过流报警。可根据需要自行设置，设置方法 （设置时调压器 /调功器 必须在移

15、相调压型触发方式下才能进行，如果你订的是调功器，请先将USR 和GND 短路，设定好之后再断开）：比如你想让调压器/调功器在负载电流超过 100A 发生过电流报警， 那么你用手动功能调节调压器 /调功器输出的实际电流为 50A， 这时把两位拔码开关的第 1 位（即 SW-1）拔到左边（出厂已拔到右边 ON 位置），再 调节 P2 电位器直到三色指示灯 STATE 变为黄色为止（变为黄色后不要再调节 P2 电位器），然后把拔码开关的第 1 位即 SW-1 拔到右边 ON 位置，这样就完 成了，当负载实际电流超过 100A 时调压器/调功器就会发生过电流报警，调压器 /调功器停止输出，报警继电器动

16、作，三色指示灯STATE 变为红灯直亮。3） P3 电位器P3 电位器为电流限制电位器，出厂设置为当负载电流超过调压器的额定电流时 调压器自动减小输出电压直到负载电流小于调压器的额定电流。 用户可根据现场 需要设置 P3 电位器。电流限制功能只有调压才有这个功能，调功方式下没有这 功能。4） 两位拔码开关 SW拔码开关的第 1 位即 SW-1 拔到左边的时候为过电流报警设置（参照 4.2）这时不 发生过流报警，拔到右边（即 ON 位置）的时候，过电流报警功能起作用。SW-2 没 有定义。5） 控制端子 USR 和 GND若 USR 和 GNE 开路为调功状态，USF 和 GNDS 路为调压状态

17、。6） 控制端子 RS 和 GND若 RS 和 GND 开路为缓起动（缓起动时间为 15 秒），U1 和 GND 短路为缓关断（缓关 断时间为 15 秒）。（4） 调压/调功说明1） 移相调压型 移相调压型是通过改变导通角的大小来调整输出电压，这种触发方式连续性好， 输出电压平稳，无电压冲击，能够限制瞬时电流，适合各种类型的负载，目前变 压器，电感线圈以及变阻性负载均采用这种触发方式。 但是这种触发方式会对电 网产生谐波污染。2） 变周期过零调功型 变周期过零调功型是在正弦波的零点触发， 以完整的正弦波为单位，通过改变通断的正弦波的周期来调整输出功率。 使导通的正弦波均匀分布，电压表、电流表

18、的表针只有轻微的抖动，多台调整器运行时避免了电流的集中， 因为在正弦波的 零点触发所以对电网没有污染，功率因素高，但无法限制瞬时电流，故不能用于 感性负载和变阻性负载，恒阻性负载一般都采用这种触发方式。（5）接线端子 C1 和端子 C2 为自动信号输入端。1 为正，2 为负，标准输入信号为 420mA 其它信号订货申明。端子 GND R1、R2 和 V0 为自动/手动信号转换输入端。手动信号由手动电位器 提供，电位器的规格为 10KQ/2W;不需要手动调节时将 R1 和 R2 短接即可（出厂 已短接）。端子 USR 和 GNDh 的 SA2 开关为调压/调功转换开关。 SA2 断开为变周期过零

19、 调功型， SA2闭合为移相调压型。端子 RS 和 GNDh 的 SA1 开关为缓起停开关。SA1 开关断开的时候可控硅调压 器/调功器处于运行状态，SA1 开关闭合的时候可控硅调压器/调功器处于停止状 态。当 SA1 开关从断开变成闭合时，可控硅调压器/调功器开始缓关断，缓关断 完成后可控硅调压器/调功器进入停止状态。当 SA1 开关从闭合变成断开时，可 控硅调压器/调功器开始缓起动，缓起动完后可控硅调压器 /调功器进入运行状 态。（在上电时如果 SA1 开关处于断开状态，可控硅调压器/调功器也具有缓起动 功能。）端子 9 和 10 是报警输出端子，没有报警时为常开，报警时为常闭。端子 L1

20、 和 L2 为触发板电源，触发板电源必须与主回路电源一致， 否则将不能 正常工作。CMCMALMCM第手动调节电位器STftTECMo246C*3g二1034P0皿 +需-iC!3GND-4R1IL5R2I6WI1M8$1I9D+10 DIINO12 COMI-13LI14-15L!五 开设实验（一）温度检测与控制系统性能的测试及分析1 实验目的（1）了解温度检测与控制系统的原理及使用方法（2）学会对温度检测与控制系统的性能测试2 实验要求实验要求通过测试加热到一定温度时需要的时间来反应系统的响应速度， 通 过观察系四接线图A22OVACNKtHJ1-统受到干扰后恢复稳定的能力来反应系统的稳定性， 干