高低壓自動(dòng)加熱控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

徐秋敏　　郭　旭　王　毓　王慧萍（中航工業(yè)沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)有限責(zé)任公司，遼寧　沈陽(yáng)　　110043）

高低壓自動(dòng)加熱控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

徐秋敏郭旭王毓王慧萍
（中航工業(yè)沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)有限責(zé)任公司，遼寧沈陽(yáng)110043）

摘要：高低壓自動(dòng)加熱裝置是高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子和低壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子的加熱設(shè)備，其控制系統(tǒng)的主要功能是實(shí)現(xiàn)高低壓加熱體的自動(dòng)加熱控制及相應(yīng)的故障保護(hù)功能和報(bào)警功能。在本控制系統(tǒng)中，將高壓部分和低壓部分設(shè)計(jì)成兩個(gè)獨(dú)立的控制柜，以提高設(shè)備的使用效率。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)加熱；智能調(diào)節(jié)器；溫度測(cè)量；PID

目前，現(xiàn)場(chǎng)使用的加熱設(shè)備是將高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子和低壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子的加熱部分集成在一個(gè)控制柜中，這樣就不能對(duì)兩個(gè)相距較遠(yuǎn)的高壓轉(zhuǎn)子和低壓轉(zhuǎn)子同時(shí)進(jìn)行加熱，使用起來(lái)具有局限性。且現(xiàn)用加熱裝置中高低壓加熱體的工作電壓為AC220V，存在一定的安全隱患。為此，為了提高加熱裝置的的使用率，在本控制系統(tǒng)中將高壓部分和低壓部分分別設(shè)計(jì)成兩個(gè)獨(dú)立的控制柜體，并將高低壓加熱體的工作電壓設(shè)置在DC48V，大大提高了系統(tǒng)的安全性。

1高低壓自動(dòng)加熱裝置電氣控制系統(tǒng)的工作原理

高低壓自動(dòng)加溫裝置控制系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)高壓轉(zhuǎn)子和低壓轉(zhuǎn)子按工藝要求自動(dòng)加熱功能的同時(shí)，還要具備多種故障保護(hù)功能。且完成加熱工作或溫度過(guò)高時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)停止加熱并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。另外，在緊急情況下，控制系統(tǒng)還要具備緊急停止功能。

高低壓自動(dòng)加熱裝置控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵問(wèn)題在于溫度測(cè)量的準(zhǔn)確性和加熱器溫度控制精確性、穩(wěn)定性。

1.1溫度測(cè)量

在工業(yè)生產(chǎn)中，熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫度檢測(cè)器，其主要特點(diǎn)是測(cè)量精度高，性能穩(wěn)定。其中鉑熱電阻的測(cè)量精確度最高，它不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)溫，而且被制成標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)儀。

熱電阻是利用其電阻值隨溫度變化而變化這一原理將溫度量轉(zhuǎn)換成電阻量的溫度傳感器。通過(guò)給熱電阻施加一已知激勵(lì)電流測(cè)量其兩端電壓的方法，測(cè)得電阻值，之后再根據(jù)溫度曲線將電阻值轉(zhuǎn)換為溫度值，從而實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量。

本控制系統(tǒng)采用熱電阻進(jìn)行溫度測(cè)量，每個(gè)加熱體設(shè)有兩個(gè)熱電阻，提高溫度測(cè)量的可靠性。

1.2PID控制技術(shù)

在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡(jiǎn)稱PID控制，又稱PID調(diào)節(jié)。PID控制器以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或者得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制理論的其他技術(shù)難以采用時(shí)，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來(lái)確定，這時(shí)應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。PID控制器參數(shù)的自動(dòng)調(diào)整是通過(guò)智能化調(diào)整或者自校正、自適應(yīng)算法來(lái)實(shí)現(xiàn)。

在本控制系統(tǒng)中，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，使用智能調(diào)節(jié)器對(duì)控制溫度進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)高低壓加熱體的自動(dòng)加熱控制。

綜上，高低壓自動(dòng)加熱裝置控制系統(tǒng)是以熱電阻測(cè)溫原理為基礎(chǔ)，以高精度的智能調(diào)節(jié)器為控制核心的自動(dòng)控制系統(tǒng)。它采用精確度較高的熱電阻測(cè)溫法測(cè)量加熱體的時(shí)時(shí)加熱溫度，利用智能調(diào)節(jié)器對(duì)測(cè)量的溫度參數(shù)進(jìn)行PID參數(shù)整定，找到最佳的控制量，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加熱控制功能。當(dāng)達(dá)到計(jì)時(shí)時(shí)間時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)停止加熱。在加熱溫度超過(guò)工藝要求溫度的上限時(shí)，系統(tǒng)將發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。

2控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成及工作過(guò)程

高低壓自動(dòng)加熱裝置控制系統(tǒng)的高壓部分和低壓部分是相互獨(dú)立的兩個(gè)控制系統(tǒng)，主要由加熱器、溫度測(cè)量部分和控制柜組成，其中控制柜主要包括電源部分、智能溫控儀、報(bào)警部分、冷卻部分、指示部分、計(jì)時(shí)部分、故障保護(hù)部分及控制開(kāi)關(guān)部分，其控制框圖如圖1所示。

設(shè)備通電后，電源指示燈亮，之后按照要求對(duì)調(diào)節(jié)器和計(jì)時(shí)器進(jìn)行參數(shù)設(shè)置；按下加熱啟動(dòng)按鈕，加熱指示燈亮，加熱器開(kāi)始工作；當(dāng)溫度初次達(dá)到工作溫度的下限時(shí)，計(jì)時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)；當(dāng)溫度達(dá)到工作溫度的上限了，系統(tǒng)發(fā)出指令，加熱器停止加熱；當(dāng)溫度降到溫度下限時(shí)，系統(tǒng)將發(fā)出加熱指令，加熱器自動(dòng)繼續(xù)加熱；如此反復(fù)；計(jì)時(shí)器達(dá)到設(shè)置時(shí)間，停止加熱管工作，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)；按下加熱停止按鈕時(shí)，加熱指示燈滅，加熱器停止加熱；加熱的過(guò)程中，若加熱溫度超過(guò)溫度上限，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)停止加熱，并發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)；系統(tǒng)設(shè)有急停按鈕，在緊急情況下，按下緊急停止按鈕，系統(tǒng)將切斷加熱電源，確保安全。

圖1　高低壓自動(dòng)加熱裝置控制系統(tǒng)框圖

結(jié)語(yǔ)

高低壓自動(dòng)加熱裝置控制系統(tǒng)分為高壓控制柜和低壓控制柜兩個(gè)相互獨(dú)立的部分，采用熱電阻測(cè)溫方法，通過(guò)智能溫控儀對(duì)測(cè)量的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行整定，并根據(jù)整定結(jié)果控制加熱器的加熱工作，將加熱溫度控制在要求范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)加熱器的自動(dòng)加熱控制功能。同時(shí)，控制系統(tǒng)還具有多種故障保護(hù)功能和超溫報(bào)警功能。

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中圖分類號(hào)：TP202

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A