电加热控制系统的电气设计-谢开(高工论文)

1、富临金工厂电加热控制系统的电气设计electrical design of the electric heating control system of a factory谢开四川正菱建设监理有限公司摘要：为了使高精度车床生产车间的温度恒定，保证高精度车床的加工精度。采 用由固态继电器、plc和监控计算机组成的控制系统，控制车间的电加热器实现 间歇式加热，从而控制车间温度恒定。所设计控制系统能实现了远程控制和实时 监控，不仅使控制更加精确，而且减轻了劳动强度，提高了生产效率。关键词：电加热；温度控制系统；固态继电器；电气设计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引言近年来，随着科技飞速发展，对一些高精度零件的加工条件和设备的存放 条件捉出越来越严格的要求。例如，某加工精度在12pm机床，其上检测元件 坐标尺、光

6、栅尺和床身所采用的材料不一样，当环境温度发生变化时，因所用 各种材料的膨胀系数不一样，坐标尺、光栅尺与床身的膨胀程度不同，从而导 致机床的加工精度降低。因此，为保证高精度机床的加工精度，就要求对存放 该类机床车间的环境温度作出严格的控制。其中，采用恒温车间能有效解决该 类问题，温度的恒定通常采用电加热方式来调节，因而设计一套精确的温度电 气控制系统就显得非常必要。2电加热控制系统该恒温车间电加热总控制功率65kw,共分10个加热区，米用电加热管加 热。控制系统具冇手动、自动控制2种模式，采用计算机监控操作各个加热区 的发热管，并在屏幕上显示各个加热区的温度、报警信息等。该电气控制系统 采用分区

7、控制模式，当某一加热分区出现故障时，不会影响其它加热分区的正 常工作，从|佃保证车间温度始终恒定在所设定范围。图1所示为电加热控制系统的主耍组成。其工作原理是：房间内的温度传 感器即热电阻作为整个系统的输入，经过adam模块转换，将传感器传入的电 压或电流值转换为网络信号输入到监控计算机，经过计算机的比较后，由plc 程序来控制固态继电器的通断频率来控制加热管的工作功率，从而达到整个控 制系统的需要。以太网监控计算机信号输入匕plc+複块s7200控制输岀图1电加热控制系统组成3电加热控制系统的设计3.1电加热控制系统的控制原理电加热控制系统采用同态继电器和交流接触器来控制电加热管工作，英控

8、制原理见图2。在固态继电器和交流接触器同时通电时，电加热管才能止常工 作，实现温度控制。固态继电器和交流接触器的工作由plc控制，电加热管的 功率是由固态继电器的通断频率来决定。固态继电器的通断频率通过pwm调 节器调节输出脉冲的占空比来实现。li ol2 ol3o图2电加热控制系统控制原理3.2电加热系统的pid调节和pwm调节在车间恒温控制系统中，车间实际温度与系统设定温度总会存在一定的谋 差，该温度误差就作为系统控制的输入量，通过pid和pwm存莆在s7-200里 面的预设指令进行调节。3.2.1 pid调节过程pid调节器其实是一条指令，其工作原理见图3。pv为输入值，sp为设定 值，

9、通过pid调节器的分析得出需要加热的功率的实际值，即：mvo这里暂且 将mv看作需要加热的一个百分比。譬如：房间现在的温度pv为18°c,而设 定值为20°c,房间温度没有达到系统要求，需要加热管工作。但是，加热管不 能是全功率运行，必须有一个加热范围，bij：加热功率百分比。通过pid调节 器可算岀这个加热功率百分比的具体值mvo pid调节器的过程仿真由s7-200 来控制（见图4）。由pid调节器计算出加热百分比mv以后，再± pwm调节设定仇（sp） vw108图4 p1d调节器的过程仿真器来控制固态继屯器。pid mvpvsp图3 pid调节器3.2.2

10、 pwm调节过程整个系统电加热的功率由图5所示的控制固态继电器通断频率的反馈调节 器pwm來实现。电加热功率可用p=w*t/t來表示，式中p表示电加热的平均 功率，w表示电加热管的实际功率，t表示固态继电器的实际通电时间，t表示 由plc控制的固态继电器的总时间。通过该调节装置，电加热系统可以实现任 何一个功率值。此过程的调节是通过pwm调制器来调节输出脉冲的占空比，从 而控制固态继电器的通断频率。例如，生产实际中需把加热管的功率调到5kw, 加热管的实际功率为7kw,就需要来调节占空比。如果固态继电器的总工作时 间为7s,通过pwm调节器把实际通电吋间调节为5s,就可以实现加热管5kw 的工

11、作功率。b|j： p=7kw*5s/7s=5kw。由此可见，该控制系统能实现任意需要 的电加热功率值。图5 pwm反馈调节装置由pid调节器算出的mv值通过pwm调制器的调节后，输出高速脉冲， 高速脉冲的占空比就能实现固态继电器的工作频率的控制。图6所示的脉冲中, t为脉冲宽度，t为信号周期，则同态继电器的工作频率为t/t,加热管的加热 功率就为p二w*t/t。采用s7-200來控制pwm调制器的特点是：只冇输出端q0.0和q0.1才能 输出方波信号，而且方波信号的周期和脉冲宽度都能独立调节。脉冲宽度即在 一个周期时间内，输出信号处于高电平的时间，也即本温度控制系统中固态继 电器的实际接通时间。图6脉冲输出示意图4结束语该工厂电加热控制系统的电气设计能根据系统的操作要求，实现手动和口动 控制，采用了新型电气元件固态继电器來对电加热器