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PID智能型数显调节仪控制电炉——可控硅温度控制电炉改造
摘要：
本文以改造可控硅温度控制电炉，将其升级为PID智能型数显调节仪控制电炉为研究对象，通过对温度控制电炉的原理、结构及控制方法的研究，设计出适用性强、可靠性高、精度高的PID智能型数显调节仪控制电炉。该控制电炉的使用能够提高生产效率和产品质量，达到较好的经济效益。
关键词：可控硅电炉；PID控制；数显调节仪控制；改造
一、引言
电炉的温度控制是电炉工作中最基本的控制要素之一，电炉的温度控制的好坏对生产效率和产品质量的影响极大。传统的可控硅温度控制电炉使用可控硅器件控制电流，通过电阻转化为热能输出加热材料，实现温度的控制。然而，这种温度控制方式在应用过程中精度不高，能耗大、控制范围狭窄，不适应现代高速发展的要求。因此，本文将可控硅温度控制电炉改造为PID智能型数显调节仪控制电炉，以提高温度控制的精度和可靠性，达到节能的效果，提高产品的质量，减少设备的维修，在生产中具有广阔的应用前景。
二、可控硅温度控制电炉原理及结构
可控硅温度控制电炉是利用可控硅的导通角度控制进入电炉内的电流大小，通过电流带热效应使加热材料升温，达到温度控制。
电炉的主要结构由加热体、保温层、导热隔板和炉体组成，如图1所示。
图1可控硅温度控制电炉
其中，加热体由发热体和耐热容器组成，发热体以内的特种耐火材料作为隔热，外面再按要求用保温隔热材料浇筑成形，导热隔板在缝隙处加以固定，保证导热在线内按规定顺序进行，炉膛与电器箱之间需要用导热层绝缘。
三、可控硅温度控制电炉的控制方法
可控硅电炉温度控制方法主要有失配比；变压器自耦式控制；自动控制;PID智能控制等方法。PID智能控制方法在控制范围广、系统响应时间快、控制效果好、控制精度高的同时，还具有完善的控制算法和自适应控制功能、输入多路信号和输出多路控制，非常适合于电炉温度控制。
PID控制系统的基本框图如图2所示。
图2PID控制系统的基本框图
其中，PID控制器是电路中的主要组成部分，由比例控制、积分控制、微分控制三个控制算法共同构成的。比例控制用于控制控制误差；积分控制用于降低稳态误差；微分控制用于提高控制系统的响应速度。PID控制器根据不同的控制需求调节不同的PID参数，反馈量和控制量参与PID计算，并输出控制信号。
四、PID智能型数显调节仪控制电炉的设计方案
本文采用迸智控制仪数显调节仪进行电炉的控制，该调节仪具有广泛的应用，使用方便，稳定可靠、调节精度高等特点。方案选择施耐德电器的XTCE系列组合式接触器实现智能控制。施耐德电器的这种组合式接触器，使控制系统的控制更加稳定，输出信号更加精确。
整套控制系统的硬件主要包括调节仪、智能PID控制器、组合式接触器等，如图3所示。
图3PID智能型数显调节仪控制电炉的控制系统图
五、PID智能型数显调节仪控制电炉工作流程
1.电炉加热
当电炉加热的过程中，PID控制器会将输入的反馈信号与设定值进行比较，计算出控制误差和控制偏差，根据比例、积分、微分算法生成PID参数，调节施耐德电器的XTCE系列组合式接触器，控制可控硅的导通角度，达到加热体温度的设定值。
2.停止加热
当电炉加热到设定温度后，PID控制器会停止输出控制信号，使施耐德电器的XTCE系列组合式接触器断开电源，使电炉停止加热，维持电炉内的温度。
3.报警
当发生设定值或反馈值超过预先设定的上限或下限时，PID控制器会发出报警信号，通过人机界面显示在调节仪上，以提醒操作人员处理问题。
六、PID智能型数显调节仪控制电炉的应用
PID智能型数显调节仪控制电炉的应用可以提高生产效率和产品质量，达到较好的经济效益。
1.提高生产效率
传统的可控硅电炉在控制温度上精度较低，不能精确控制加热时间和温度。PID智能型数显调节仪控制电炉能够精确控制加热时间和温度，保证产品的质量，提高生产效率。
2.提高产品质量
传统的可控硅温度控制电炉在控制范围狭窄，精度低，不利于加工制造，会影响产品质量。PID智能型数显调节仪控制电炉具有精度高，高温区域稳定，具有自适应控制功能，能够保证加工制造和成品产品质量。
3.经济效益优化
传统可控硅温度控制电炉控制粗糙，控制的温度稳定度不高，容易产生浪费，能耗大，生产成本高。使用PID智能型数显调节仪控制电炉能够提高温度控制的精度和可靠性，实现节能减排的目的，减少生产成本，提高企业的经济效益。
七、结论
本文介绍了将可控硅温度控制电炉升级为PID智能型数显调节仪控制电炉的方法和控制系统的设计方案，并分析了控制系统的工作流程和应用效果。该控制系统具有精度高，响应快，可靠性强，控制范围广，控制效果好等优点，使用于电炉加热的领域能够提高生产效率和产品质量，达到节约能源和经济效益的目的。因此，在电炉加热领域应用PID智能型数显调节仪