PID调制器在温控设备中的应用设计

维普资讯 http://www.cqvip.com 兵工自动化　目卸誓■与控爿　Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ａｎｄ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　０．Ｉ．Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ　２００７年第２６卷第７期　文章编号：１００６—１５７６（２００７）０７　００８２—０１　２００７，Ｖｏ１．２６，Ｎｏ．７　ＰＩＤ调制器在温控设备中的应用设计　米伦　（中国工程物理研究院电子工程研究所，四川绵阳，６２１９００）　摘要：由ＰＩＤ调制器、固态继电器（ＳＳＲ）、温度传感器和烘箱构成的烘箱加热器，通过ＰＩＤ调制器的面板设置　控温数值，温度传感器测量烘箱内的温度并传送给ＰＩＤ调制器，经ＰＩＤ调制器计算处理后，其输出控制ＳＳＲ的通／　端以调节加热功率，实现温度的精确控制。在玻璃退火炉温控中，选用ＳＲ７０系列可编程ＰＩＤ调制器。在电真空烘　箱加热器温控中，采用计算机ＰＩＤ二级控制模式，下位机为直接控制系统，上位机采用计算机构成监督控制。　关键词：ＰＩＤ调制器；温控设备；可编程控制；计算机控制；ＳＲ７０　中图分类号：ＴＭ８３２　文献标识码：Ａ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＰＩＤ　Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ　ｉｎ　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ　Ｄｅｖｉｃｅ　ＭＩＬｕｎ　（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｍｉａｎｙａｎｇ　６２　１　９００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｏｖｅｎ　ｈｅａｔｅｒ　ｃｏｎｓｉｓｔｓ　ｏｆ　ＰＩＤ　ｍｏｄｕｌａｔｏｒ／ｓｏｌｉｄ　ｓｔａｔｅ　ｒｅｌａｙ　ａｎｄ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｓｅｎｓｏｒ￣Ｔｈｅ　ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｖａｌｕｅ　ｉＳ　ｓｅｔ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｐａｎｅ１．ｗｈｉｌｅ　ｔｈｅ　ｓｅｎｓｏｒ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｔｈｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｏｖｅｎ　ａｎｄ　ｓｅｎｄｓ　ｉｔ　ｂａｃｋ　ｔｏ　ｔｈｅ　ＰＩＤ　ｍｏｄｕｌａｔｏｒ．Ａｆｔｅｒ　ＰＩＤ　ｍｏｄｕｌａｔｏｒ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ｔｈｅ　ＰＩＤ　ｍｏｄｕｌａｔｏｒ　ｏｕｔｐｕｔ　ｃｏｎｔｒｏｌｓ　ＳＳＲ　ｔｏ　ａｄｊｕｓｔ　ｏｕｔｐｕｔ　ｐｏｗｅｒ．Ｂｙ　ｔｈｉｓ　ｍｅａｎｓ．ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｃｏｎｔｒｏｌｉＳ　ｒｅａｌｉｚｅｄ．Ｉｎ　ｇｌａｓｓ　ａｎｎｅａｌ　ｆｕｒｎａｃｅ，ＳＲ７０　ｓｅｒｉｅｓ　ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　ＰＩＤ　ｍｏｄｕｌａｔｏｒ　ｉＳ　ｕｓｅｄ　ａｓ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ￣Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ．ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ＰＩＤ　ｔｗｏ・ｌｅｖｅｌ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｍｏｄｅ，ｔｈｅ　ｌｏｗｅｒ　ＰＣ　ｉＳ　ｔｈｅ　ｄｉｒｅｃｔ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ，　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｕｐｐｅｒ　ＰＣ　ａｄｏｐｔｓ　ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ｔｏ　ｒｅａｌｉｚｅ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｃｏｎｔｒｏ１．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＰＩＤ　ｍｏｄｕｌａｔｏｒ；Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ　ｄｅｖｉｃｅ；Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ；Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ｃｏｎｔｒｏｌ；ＳＲ７０　０　引言　采用传统“位式”温度控制，由于热惯性，被　控温度值呈波浪变化，不能满足生产工艺过程对温　度控制的要求。故以ＰＩＤ调制器为核心，分别对玻　璃退火炉、程控烘箱进行温度控制。　１．１典型应用　由ＰＩＤ调制器、固态继电器（ＳＳＲ）、温度传感　器和烘箱构成的烘箱加热器，通过ＰＩＤ调制器　（ＳＲ７０）的面板进行控温数值设置，温度传感器测　量烘箱内的温度并传送给ＰＩＤ调制器，经ＰＩＤ调制　器计算处理后，其输出控制ＳＳＲ的通／端以调节加　热功率，实现温度的精确控制。如图１。　１　ＰＩＤ调制器的温控应用设计　图１　ＰＩＤ调制器的典型应用示意图　图２　可编程ＰＩＤ调制器的应用示意图　１．２可编程ＰＩＤ调制器的应用　。Ｃ　６ｏｏ　在“玻璃退火炉（马弗炉）”的温度控制中，　５ｏｏ　４００　３ｏｏ　２ｏｏ　１ｏｏ　采用可编程ＰＩＤ调制器、固态继电器（ＳＳＲ）、温度　传感器、电磁继电器、交流接触器及隔离变压器等　组成¨１，如图２。ＰＩＤ调制器选用ＳＨＩＭＤＥＮ公司　ＳＲ７０产品，并按工艺要求设置ＰＩＤ面板按键，如图３。　时间　ｈ　１．３计算机控制ＰＩＤ调制器　图３　玻璃退火温度控制曲线示意图　电真空器内的真空度采用烘烤　（下转第９６页）４　收稿日期：２００７—０４—２５：修回口期：２００７—０６—２５　作者简介：米伦（１９５５－），男，重庆人，中国物理研究院高工，从事特种电真空器件的研制、高电压和计算机控制技术｛ｉ｝『究。　・８２・　维普资讯 http://www.cqvip.com 兵工自动化　软件开发与应用　Ｅｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｓｏｆｔｗａｒｅ　０．Ｉ．Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ　２００７，Ｖｏ１．２６，Ｎｏ．７　２００７年第２６卷第７期　信息。以后每次插入该设备时，系统会自动识别并　随着嵌入式系统的应用，Ｗｉｎｄｏｗｓ　ＣＥ．ＮＥＴ需　要支持越来越多的ＵＳＢ设备。故在分析标准ＵＳＢ　设备驱动的基础上，采用流接口函数开发非标准　ＵＳＢ设备驱动，为非标准ＵＳＢ外设在Ｗｉｎｄｏｗｓ　ＣＥ．ＮＥＴ下的应用提供了技术支持。　安装相应驱动。此时首先运行ＵｓＢＤｅｖｉｃｅＡｔｔａｃｈ（），　在ＵｓＢＤｅｖｉｃｅＡｔｔａｃｈ（）中建立新设备类对象（关键是　设备句柄信息），并调用ＡｃｔｉｖａｔｅＤｅｖｉｃｅ（）在注册表　的Ａｃｔｉｖｅ列表下为新设备分配一个键，并在该键下　写入设备句柄信息Ｃｌｉｅｎｔｌｎｆｏ，然后系统自动运行　ＸＸＸ＿参考文献：　【１】马伟．计算机ＵＳＢ系统原理及其主／从机设计【Ｍ】．北京：　北京航空航天出版社，２００２．　【２】陈河南．Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ　Ｗｉｎｄｏｗｓ　ＣＥ　Ｄｅｖｉｃｅ　Ｄｒｉｖｅｒ　Ｋｉｔ设备　驱动程序开发指南【Ｚ】．１９９９，９．　Ｉｎｉｔ（），其参数即为Ａｃｔｉｖｅ列表下的新键。从　该键得到设备句柄信息Ｃｌｉｅｎｔｌｎｆｏ即可供应用程序　调用。可见，设备驱动只是完成了句柄的传递，即　将用户在底层建立的设备句柄传递给应用程序。　３　结孽　（上接第８２页）　真空排气法获得。在程控真空排气台　㈣ＵＩｎｎＩｅｉｖｒｎｅｒｅｓｆａｄｌ　Ｓｅｒｉａｔｌ　ｃｐＢ．ｕ／／ｓｗＳｗｐｗｅｃ．ｕｉｆｓｉｂｃ．ａ０ｔｒｉｇｏ．ｎ，Ｒｅ　ｊ０　９６・　［２１设计时，采用ＰＩＤ控制烘箱加热器温度，如图４。　图４计算机控制ＰＩＤ调制器的原理图　系统采用二级控制模式，面对真空排气工艺过　程，下位机为直接控制ＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ　Ｃｏｎｔｒｏ１）系统，　分别为ＰＩＤ控制器和程控真空计；上位机由计算机　构成监督控制ＳＣＣ（Ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｃｏｎｔｒｏ１）　仪器问完全的电隔离，并消除公共地线和电源干　扰，从而保证系统可靠工作。采用继电器作为系统　信号传递、电路切换及功能执行等，可提高抗外部　环境对系统的电磁干扰能力。因此，对继电器线圈　应采取相应的“瞬态抑制电路”和触点消弧电路。　系统，其任务是进行优化工艺和适应性等控制，指　挥ＤＣ工作及数据信息管理等。ＤＣ中的ＰＩＤ温度　控制器负责烘箱温度控制，采用铂电阻作为传感　器，由ＰＩＤ控制器测量、显示烘箱内温度值，并通　过串行口与计算机联络，依真空排气工艺要求对　３　结论　ＰＩＤ调制器响应速度快，稳态调节精度高，具　有ＰＩＤ参数自整定、传感器误差补偿、短路与断路　指示、温度超限报警、加热器断线报警等功能，其　ＰＩＤ控制，实现烘箱升温、保温和降温的自动控制。　２　抗干扰　当ＰＩＤ调制器工作在高电压、高温和电器频繁　启／止环境时，会受到外部环境和内部结构的干扰。　为保证ＰＩＤ调制器的性能和工作的可靠性，采用光　应用结构简单，操作方便。环境恶劣条件下，采用　光电、电磁、变压器等隔离技术或程序加固，可提　高调制器的抗干扰能力及其工作稳定性、可靠性。　参考文献：　【１】米伦．玻璃退火炉的设计方案【ｚ】．绵阳：中国５－程物理　研究院电子工程研究所，２００２．　电、电磁、变压器等隔离技术，优化接地（工作地　和大地），提高系统抗干扰能力【３】，如图２和图４。　采用带屏蔽的隔离变压器（１：１）抑制交流电源的高　频噪声，且屏蔽层可靠接地，以提高抗共模干扰能　力。采用光电隔离实现总线与被测工业设备或数字　・９６・　【２】米伦．程控真空排气台的设计方案【ｚ】．绵阳：中国工程　物理研究院电子工程研究所，２００２．　【３】阎石．数字电子技术基础【Ｍ】．北京：高等教育出版社，　１９８３．