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浅谈电热炉温度智能控制系统设计

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摘要:PID控制器是一种结构简单,操作方便,鲁棒性较强的温度控制器,因而被广泛地应用在了现代化工业生产智能温度控制领域中,本文将主要针对基于PID的电热炉温度智能控制系统展开设计,进一步了解PID控制器的重要地位以及所发挥的重要作用,旨在能够找到一种最佳的PID温度控制方案,提高系统运行的稳定性,缩短调节时间,有效改善系统超调性能。

关键词:PID;电热炉;温度智能控制系统

1.什么是PID

PID即portID,通常指的是在生成树协议STP中,如果在端口位置处所收到的BID同pathcost相同,就需要通过比较PID来进行阻塞端口的选择。在现代化工厂生产及工程控制中,PID主要是由8位端口的优先激加端口构成,端口号占据低位,默认优先级为128。在工业自动化领域发展中,PID控制水平是一项重要的参照标准指标,PID控制以及相应的控制器,智能PID仪表产品有很多,而且这些PID产品都在现代化工业工程项目中的得到了非常广泛的应用,一些公司创新开发了拥有PID参数自我调整和整定功能的智能调节器。PID参数控制器拥有自动调整功能,可以开展智能化调整以及通过自校正、自适应算法来实现,充分利用PID参数控制的方式来完成对工业化生产环节中的压力控制、温度调节、流量控制以及液位控制等作业,从而可以实现具有PID参数控制功能的可编程控制器PLC控制调节,完成对PC系统的自动化操作与控制。

2.电热炉温度智能控制系统的工作原理

基于PID基础上设计而成的电热炉,主要被应用在我国工业自动化生产中,对工业产品的有效加热与烘干,一般在实际加热的时候,会使用封闭式的方式进行工业产品的工艺加热,而对电热炉文温度的自动控制与调控,需要使用PID参数控制器来完成,从而完成对电热炉温度系统的有效控制。为了能够满足电热炉温度控制系统的升温要求,首先需要对单片机进行科学选择,可以美国ATM公司生产的AT89C52型号的单片机,AT89C52型号的单片机能够和51系列的单片机进行兼容与合并,从而满足C语言可编程序控制软件的PID控制啊要求,提高电热炉的整体温度控制水平,同时也可以提高温度控制系统的运行速度,保证系统运行的稳定性。在真正的温度测量过程中,需要考虑测量温度的准确性以及温度测量的可靠性,一般可以采用四路采样的电路形式展开检测,也就是对四路采样中不同的点展开检测,然后计算得出四个测量点的平均温度值,平均值就是温度测量的结果,针对单片机的最小化优化系统设计,就是要对控制系统的内部存储水平进行拓展。在温度控制系统的显示模块中,主要有温度加热的预约时间以及电热炉系统温度的实时变化情况,可以使得系统的温度控制操作更加人性化,技术操作人员只需要在计算机键盘上控制就能够完成对电热炉的温度控制操作,与此同时,电热炉的PID参数控制还具备警报功能,如果加热温度或功率超过了电热炉自身的承载要求,警报装置就会发生预警。

3.PID的温度控制原理

电热炉本身在运行过程中,对于温度的变化控制会有一定的滞后性以及随时间发生改变的特点,电热炉自身在运行的时候需要升温和保温,那么实际上,电热炉的升温和保温会由发热管来完成,如果想要降温,则是需要通过电热炉同周围环境的相互作用来达到降温的目的,当温度过高的时候,就没有办法进行自然降温,甚至烧坏设备,这时候就需要通过人工的方式来进行PID温度控制,还原一切感官信息,来对温度进行控制操作,一般有经验工厂操作技术人员都能够通过手动控制电热炉的方式控制炉温,进而提高控制品质。

3.1比例控制

在进行PID加热炉温度智能控制系统的比例控制时,我们需要先假设好用热电偶来检测电热炉的炉温,同时用数字仪表来显示温度,在对温度进行控制的时候,需要由操作者读取炉温,然后根据实际炉温来和给定值进行比较,获得炉温温度的误差值,用手对电位器核准器进行操作,能够对加热电流进行调节,有效地保证电热炉的炉温能够始终保持在给定值左右。当操作者控制电热炉的炉温在电位器给定值L的特定位置时,我们需要根据目前的温度误差值来控制并且调整电流在加热电位器中的转角值,需要明确的是,当电热炉的炉温<给定值,那么误差值是正数,此时需要在L位置处顺时针来加大电位器的转角度数,从而加大加热电流。当电热炉的炉温>给定值,那么误差是负数,此时就需要在L位置处反时针来缩小电位器的转角读书,使得转角可以和L位置的做差所得值与误差形成正比关系,这就是比例控制,也就是控制电热炉PID控制器当中的输出比例同误差成正比关系。在电热路加热的闭合环路中,经常性地会存在着一些延迟作用,像是在调整了电位器的转角度数以后,等待电热炉温度上升到一个新的转角度数对应的温度稳态会有一个很长的时间延迟,所以在对电位器转角调节以后,无法立刻看到调节效果。倘若比例控制操作中的比例系数太小,即转角同L位置间的差距过小,就意味提调节力度低,系统输出缓慢,调节时间延长,如果比例系数太大,调节后转角同L位置差距太大,调节力度强,就会导致调整过头,温度忽高忽低,震荡不定。可知,增大比例控制中的比例系数,可以使电热炉的温度控制系统反应速度加快,改善调整速度,减小稳态误差,注意比例系数不要太大,否则会出现超调增大,增加振荡,损坏电位器的动态性能,影响闭合环路的稳定性,总体来说,单一的比例控制并不能很好地消除误差。

3.2积分控制

在PID电热炉的积分控制中,PID控制器的输出和输入误差信号的积之间可以成正比关系。那么对于电热炉自动控制系统来说,当温度控制系统进入到稳态以后,往往会出现稳态误差,也叫作稳态误差系统。通过积分控制的方式,为了能够更好地消除稳态误差,我们需要智能温度PID控制器中引入“积分”项,一般来说积分项的误差主要取决于对时间的积分,时间增加,积分项也会变大,即使最初的误差很大,伴随着时间的推进,积分项也会慢慢增大,积分项会慢慢推动PID控制器输出值变大,从而使得稳态的误差值减小,一直到无限趋近于零,使用比例控制和积分控制,能够很好地控制电热炉的温度控制系统在进入到稳态以后减少稳态误差的出现。为电热炉智能温度控制系统的积分控制运算图,当进行每一次的PID运算时,会在原来的积分值基础上,重新增加一个同当前误差值ev(n)成正比的微小部分,当误差为负数时,积分增量也是负数,并且在积分时间TI内的积分项分母中,TI值越小,积分项的变化速度就越快,积分作用越明显。

3.3PID微分控制

在电热炉智能温度控制系统的PID微分控制中,因为温度控制器的输出值会与输入误差信号之间的微分值成正比的关系。另外,电热炉温度的自动控制系统会自我克服误差调节时出现振荡或者失稳问题,主要是因为存在着比较大的惯性组件环节以及滞后组件,产生了误差抑制的作用,使得微分控制变化总是滞后于误差的变化。通过微分控制的方式,可以很好地反映出电热炉智能温度控制系统中的偏差信号的变化率,具有一定的预见性功能,可以预见偏差变化的趋势,从而产生超前控制作用,在温度偏差信号没有形成以前,就能够被PID中的微分调节作用所消除掉,以微分控制的方式,能够更好地改善系统的动态运行性能,这样如果微分控制的时间选择合理的话,能够很好地减少超调,缩短微分控制的调节时间,不过需要注意的是,微分控制针对噪声干扰会有一定的放大作用,过度的微分调节,将会对电热炉温度智能控制系统产生很强的干扰性,而且微分控制反应主要控制的是变化率,如果系统的输入状态不发生变化,那们微分控制作用的输出效果等于为零。

4结论

综上所述,基于PID的电热炉温度智能控制系统设计,就是要通过比例控制,积分控制和微分控制的方式,确定好PID控制器的控制参数,从而提高智能温度控制系统的动态性能以及稳态性能,并且根据PID控制器的参数同控制系统性能之间的关系,反复调节PID的具体参数,使得电热炉的智能温度控制系统可以达到最佳的工作状态。

作者:康莉莎 单位:宁夏大学新华学院

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