關(guān)鍵詞： AI溫度控制器、電爐控制柜、數(shù)字記錄儀

一、電爐溫度控制系統(tǒng)的特性
        電爐溫度控制系統(tǒng)在溫度自動(dòng)控制領(lǐng)域是最為常見的控制類型之一。溫度控制器主要由溫度傳感器、溫度調(diào)節(jié)儀、電加熱器執(zhí)行裝置、被控對(duì)象四個(gè)部分組成，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。被控制對(duì)象是大容量、大慣性的電熱爐溫度對(duì)象，是典型的多階容積遲后特性，在工程上往往近似為包含有純滯后的二階容積遲后；由于被控對(duì)象電容量大，通常采用可控硅作調(diào)節(jié)器的執(zhí)行器。控制原理圖如（圖1）所示。

二、爐溫自動(dòng)控制原理
        根據(jù)爐溫對(duì)給定溫度的偏差，自動(dòng)接通或斷開供給爐子的熱源能量，或連續(xù)改變熱源能量的大小，使?fàn)t溫穩(wěn)定有給定溫度范圍，以滿足熱處理工藝的需要。溫度自動(dòng)控制常用調(diào)節(jié)規(guī)律有二位式、三位式、比例、比例積分和比例積分微分等幾種。電阻爐爐溫控制是這樣一個(gè)反饋調(diào)節(jié)過程，比較實(shí)際爐溫和需要爐溫得到偏差，通過對(duì)偏差的處理獲得控制信號(hào)，去調(diào)節(jié)電阻爐的熱功率，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)爐溫的控制。
1）按照偏差的比例、積分和微分產(chǎn)生控制作用（PID控制），是過程控制中應(yīng)用最廣泛的一種控制形式。
2）二位式調(diào)節(jié)－－它只有開、關(guān)兩種狀態(tài)，當(dāng)爐溫低于限給定值時(shí)執(zhí)行器全開；當(dāng)爐溫高于給定值時(shí)執(zhí)行器全閉。（執(zhí)行器一般選用接觸器）
3）三位式調(diào)節(jié)－－它有上下限兩個(gè)給定值，當(dāng)爐溫低于下限給定值時(shí)接觸器全開；當(dāng)爐溫在上、下限給定值之間時(shí)執(zhí)行器部分開啟；當(dāng)爐溫超過上限給定值時(shí)執(zhí)行器全閉。（如管狀加熱器為加熱元件時(shí)，可采用三位式調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)加熱與保溫功率的不同。

三、電加熱器執(zhí)行器的特性：
        電爐的溫度調(diào)節(jié)是通過調(diào)節(jié)器(供電能源)的斷續(xù)作用，改變電爐絲閉合時(shí)間Tb與斷開時(shí)間Tk的比值α,α=Tb/Tk。結(jié)構(gòu)負(fù)載電路圖如（圖2）所示。

         調(diào)節(jié)加熱爐的溫度，在工業(yè)上是通過在設(shè)定周期范圍內(nèi)，將電路接通幾個(gè)周波，然后斷開幾個(gè)周波，改變晶閘管在設(shè)定周期內(nèi)通斷時(shí)間的比例，來調(diào)節(jié)負(fù)載兩端交流平均電壓即負(fù)載功率，這就是通常所說的調(diào)功器或周波控制器；調(diào)功器是在電源電壓過零時(shí)觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通的，所以負(fù)載上得到的是完整的正弦波，調(diào)節(jié)的只是設(shè)定周期Tc內(nèi)導(dǎo)通的電壓周波。如圖3所示，設(shè)周期Tc內(nèi)導(dǎo)通的周期的波數(shù)為n，每個(gè)周波的周期為T，則調(diào)功器的輸出功率為P=n×T×Pn/Tc，Pn為設(shè)定周期Tc內(nèi)電壓全通過時(shí)裝置的輸出功率。

四、電爐的電加熱原理
　　當(dāng)電流在導(dǎo)體中流過時(shí)，因?yàn)槿魏螌?dǎo)體均存在電阻，電能即在導(dǎo)體中形成損耗，轉(zhuǎn)換為熱能，按焦耳楞次定律：
　　 Q＝0．2412 Rt Q—熱能，卡；
　　 I一電流，安9
　　 R一電阻，歐姆，
　　 t一時(shí)間，秒。
　　 按上式推算，當(dāng)1千瓦小時(shí)的電能，全部轉(zhuǎn)換為熱能時(shí)Q＝(0．24×1000×36000)／1000=864千卡。
　　在電熱技術(shù)上按l千瓦小時(shí)＝860千卡計(jì)算。電爐在結(jié)構(gòu)上是使電能轉(zhuǎn)換為熱能的設(shè)備，它能有效地用來加熱指定的工件，并保持高的效率。

五、加熱方式及電爐種類 
        電阻爐按熱量產(chǎn)生的方法不同，可分為間接加熱式和直接加熱式二大類。間接加熱式電阻爐，就是在爐子內(nèi)部有專用的電阻材料做的發(fā)熱元件。電流通過加熱元件時(shí)產(chǎn)生熱量，再通過熱的傳導(dǎo)、對(duì)流、輻射而使放置在爐中的爐料被加熱。直接加熱式電阻爐，電源直接接在所需加熱的材料上，使強(qiáng)大的電流直接流過所需加熱的材料而使材料自己發(fā)熱達(dá)到加熱效果。工業(yè)電阻爐，大部分是采用間接加熱式的，只有一部分因加熱工藝人的特殊需要而采用直接加熱式。
        電阻加熱爐基本結(jié)構(gòu)及型式電阻爐是隨著機(jī)械工業(yè)的發(fā)展而發(fā)展起來的，由于各種加熱工藝及冶煉工藝上的需要，電阻爐是一個(gè)品種很多的產(chǎn)品。電阻爐爐體結(jié)構(gòu)，分周期式及連續(xù)式二個(gè)型式來分別介紹。周期式作業(yè)爐。如箱式電爐，臺(tái)車式電爐、井式電爐等箱式電爐，外殼一般是用型鋼、鋼板焊接而成的，小型電爐由于需保持工作面的一定高度，一般均做成帶支架的，在箱型殼體下邊，有支持爐體的腿或支架。中型電爐因本身重量大及加入爐內(nèi)的工件重量也大，所以一般均直接在底盤上焊接爐體及砌磚。大型電爐可以在特定的專用的地基上設(shè)計(jì)成無鋼性底盤的結(jié)構(gòu)，而就地焊接砌磚，但這種電爐在安裝后不能吊運(yùn)及移動(dòng)。
        中小型電爐的爐門可用配重及手動(dòng)裝置來開閉，下部一般均有砂封槽，有些爐門上邊也設(shè)有砂封槽，以保證良好的密封性，爐門關(guān)閉時(shí)，用壓緊裝置使?fàn)t門緊密的與門框接觸，減少漏氣。大型電爐可以用電動(dòng)或氣動(dòng)、液壓開閉爐門，電加熱元件一般可以在爐膛內(nèi)左右側(cè)墻上及底面上布置，為了得到良好的熱場(chǎng)，最好在護(hù)頂上也布置電加熱元件，因?yàn)闋t內(nèi)工件一般堆放高度不會(huì)超過寬度，所以以上下兩個(gè)方面加熱比左右兩個(gè)方面加更為有效。大型及中型電爐可以在護(hù)門上及后墻上適當(dāng)?shù)牟贾靡恍╇娂訜嵩詼p少爐內(nèi)的溫差，為了保證爐門口的熱損失能得到更好的平衡，可以在較大的箱型電爐上靠爐門口的爐膛長度1/3處作為一個(gè)控制區(qū)。

六、電爐控制柜的硬件結(jié)構(gòu)
1） AI智能溫度調(diào)節(jié)器：
        是控溫系統(tǒng)的核心部分，AI儀表首創(chuàng)性地采用了平臺(tái)概念，將非常專業(yè)化的數(shù)字調(diào)節(jié)儀表轉(zhuǎn)為平臺(tái)化設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，能實(shí)現(xiàn)比以往封閉式設(shè)計(jì)產(chǎn)品更快的進(jìn)步及更高的性能/價(jià)格比。它包含高通用性的硬件主板（包含I/O接口及模塊插座、顯示接口插座、A/D轉(zhuǎn)換單元及電源單元），通過安裝不同的軟件及CPU、輸入/輸出模塊及顯示界面，即能適應(yīng)多種不同功能的過程儀表控制要求，比如溫控器、調(diào)節(jié)器、復(fù)雜回路調(diào)節(jié)器及雙回路調(diào)節(jié)器。它主要由輸入通道、輸出通道、人機(jī)對(duì)話通道以及一些外圍電路組成。溫控器框圖（圖3）所示。

       采用的是AI人工智能調(diào)節(jié)算法是采用模糊規(guī)則進(jìn)行PID調(diào)節(jié)的一種新型算法，在誤差大時(shí)，運(yùn)用模糊算法調(diào)節(jié)，以消除PID飽和積分現(xiàn)象，當(dāng)誤差趨小時(shí)，采用改進(jìn)后的PID算法進(jìn)行調(diào)節(jié)，并能在調(diào)節(jié)中自動(dòng)學(xué)習(xí)和記憶被控對(duì)象的部分特征以使效果最優(yōu)化。 具有無超調(diào)、高精度、參數(shù)確定簡(jiǎn)單、對(duì)復(fù)雜對(duì)象也能獲得較好的控制效果等特點(diǎn)。

        在使用過程中AI調(diào)節(jié)器 結(jié)合PID調(diào)節(jié)、自學(xué)習(xí)及模糊控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了自整定/自適應(yīng)功能，及無欠調(diào)的精確調(diào)節(jié)，性能遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)PID調(diào)節(jié)器。
2）AI電爐控制柜電器回路：
        具備優(yōu)良的測(cè)量和控制性能，裝配高性能的可控硅電爐溫度控制柜，由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，為電爐控制柜設(shè)計(jì)帶來前所未有的方便。實(shí)現(xiàn)程序升降溫控制；硅鉬棒采用分段功率限制；多區(qū)溫控外部控制同步啟動(dòng)/停止。其控制輸出可選用具備“燒不壞”特性的可控硅觸發(fā)模塊。溫控器接線圖如（圖4）所示。

        能直接用時(shí)間比例過零、移相觸發(fā)各種單向、雙向可控硅及功率模塊或選配G模塊控制固態(tài)繼電器；配合AIJK系列三相移相/周波過零可控硅調(diào)功模塊。AIJK系列是應(yīng)用了單片機(jī)技術(shù)的智能化三相移相觸發(fā)及周波過零兩用觸發(fā)器，功能強(qiáng)大且可靠性高，能適應(yīng)各種電爐絲、硅碳棒及負(fù)載采用變壓器降壓的硅鉬棒。鎢絲等各種類型工業(yè)電爐。不僅降低成本，而且簡(jiǎn)化安裝并提高可靠性。報(bào)警輸出可選用繼電器觸點(diǎn)開關(guān)或可控硅無觸點(diǎn)開關(guān)。
3）可控硅的選擇：
         根據(jù)負(fù)載接線方式的不同：星型三相四線制結(jié)構(gòu)負(fù)載采用雙向可控硅（只適合300A以下可控硅）或單相可控硅反并聯(lián)電路（推薦采用MCC系列功率模塊）；星型三相三線制或三角型三相三線制結(jié)構(gòu)負(fù)載采用單相可控硅＋二極管電路（推薦采用MCD系列功率模塊）；
根據(jù)加熱元件的特性，合理選擇可控硅功率的型號(hào)。功率的大小對(duì)保護(hù)可控硅有著很重要的作用。可控硅的電流簡(jiǎn)單計(jì)算方法：加熱元件為電阻絲；三相功率18KW÷3＝每相6KW功率；每相6KW÷220V＝27A≈40A；加熱元件為硅碳棒；安全過載電流要乘3倍 ；18KW÷3相＝6KW÷220V＝27A×3倍＝81A≈90A；對(duì)于大容量的負(fù)載建議乘3.5倍。
4）晶閘管交流開關(guān)模塊的過流保護(hù)：
        晶閘管元件的電壓和電流過載能力極差，尤其是耐壓能力，瞬時(shí)的過壓就會(huì)造成元件永久性的損壞。為了使元件能長期可靠地運(yùn)行，必須針對(duì)過壓和過電流發(fā)生的原因采取保護(hù)措施。
        過流保護(hù)可以采用外接S型快速熔斷器 ，快速熔斷器的動(dòng)作時(shí)間要求在10ms以內(nèi)，快速熔斷器的選用原則