专利名称：多功能温度程控仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种主要用于热工自动控制，特别是用于炉温调控的无反馈多功能万用型温度程控仪。
目前在炉温调控中，特别是在我国应用最普及仍是二位式调节系统。这种调节器结构简单，动作可靠，使用方便。它的主要缺点是被调参数波动大，调节精度不高。另外该调节仪除恒温自动控制外，其他热加工过程全靠人工控制。不能实现自动化生产。产品质量受人的因素影响很大。
为了提高恒温控制精度，一些象时间比例调节仪，PID调节仪和微机控制仪等相继问世。
时间比例调节仪是在位式调节电路基础上加一个固定的正反馈和一个随时间变化的负反馈电路来实现时间比例调节功能。它的优点改善了位式调节仪恒温控制精度，因这种调节仪功能单一，作用有限而没有大量普及使用。
在用于高精件的热处理炉中，多用动圈式仪表和电位差计附加的电动PID调节器，执行机构常用可控硅，这种调节仪的优点是调温精度高。但结构复杂，维修困难，操作麻烦，一般工人使用不了。需要训练有素有方，又有一定经验的职人员才能操作。再加之控制功能单调，只能进行恒温自动控制，所以至今没有在一般加热设备上大量使用。
微机控温，发展很快，是当前的研究热门。它的优点是控温精度高，并能进行程序自动控制，便于自动化连续化生产。目前已较成功地应用到一些专用热处理炉上(如高温真空热处理炉)尤其对热处理工艺单一、生产量大、炉多，利用计算机进行群控，更显示出它的优势。但因结构复杂，易受干扰，易出故障、可靠性差，难以维修等些致命弱点而影响普及应用到一般加热设备上。以哈尔滨飞机制造公司为例，为了提高热处理水平、更新落后的位式调节、构置一些PID调节仪和微机控温仪。但在实用中发现，常出事故，不好维修，影响生产，不得以又把大部分加热炉恢复到原来的位式控制。
尽管国内外现有的各种先进温度调节仪，微机控温仪等产品种类五花八门，其基本控制原理都是一致的。都是根据“检测偏差、纠正偏差”这一原理而工作，并都基于此原理构成一个负反馈自调闭环控制系统。这样就不可避免地出现反馈自调控制系统的通病-伴随着炉温控制性能的提高，其控制机构越来越复杂，操作的技术条件亦越来越高。
为了克服现有的控温仪存在的机构复杂、操作维修困难，可靠性差等缺点。本发明的任务是要设计一种结构简单、操作方便、坚固耐用、精度高、功能多，应用面广而且又经济实惠的控温仪。
本发明的任务是通过以下措施实现的它主要是由调节和自动控制起动时间(M1)，调节和自动控制额定功率输入时间(M2)，调节和自动控制输入功率大小(M6-M11)，不同功率输入时间(M3，M4)，调节和自动控制恒温时间(M5)，以及自动切断电源等无反馈逻辑程序电路构成，上述控制程序主要由下列四部分控制电路组成。
a.由M3和M4组成的分别调节和自动控制M6与M7，M8与M9二组变功率输入时间的自动振荡电路;
b.在恒温控制电路中，当炉温稍超过给定值时，自动输入先断电后通电、功率较低的M10与M11组成的调节功率的自动振荡电路，当炉温稍低于给定值时，自动输入先通电后断电、功率较高的M8与M9或M6与M7组成的自动振荡电路;
c.由M6与M7，M8与M9，M10与M11构成三组调节和自动控制负载通断电时间比例(调节输入功率)的自动振荡电路;
d.热加工工艺处理完毕，由自动切断加热设备和指示记录仪表电源，也可由只切断加热设备电源(记录和指示自然降温过程)的控制电路。
上述措施便构成了本发明提出的无反馈开环自动控制的技术方案。
本方案的突出特点是不对被调量进行反馈，只是根据人的意志，按一定的程序或规律来控制和调整温度。它取消了现有各类控温仪所必备的复杂的易受干扰的反馈通道，放大电路，保护电路和予给电路等。然而却综合了位式调节的简单，连续调节的精确和微机控制的自动程序等优点的基础上经过多年的研究和大量的实验工作，终于探索出“在最佳有效较大的范围内任意改变周期和任意改变通断电时间比例”的新调节机构。利用该机构可实现简单快速准确的连续调节。所谓在“最佳有效较大范围内任意改变周期”就是在控温仪设定的最长周期时间内通断电总的时间(周期)可任意连续改变。所谓“变通断电时间比例”就是在不超过设定的周期内通断电的时间比例可任意调节。并设计出从起动时间控制环节开始，经全功率输入环节、两个变功率输入环节、恒温时间控制环节，直到热加工工艺完毕自动报警切断电源环节，都是自动衔接的络辑电路。尤其本机构设计出两个套环式自动振荡电路，其中一个是按调节给定的某一个通断电时间比例自动振荡电路(M6和M7，M8和M9，M10和M11);一个是使两个变功率的各自输入时间，按整定数值自动交替(M3和M4)。这样，加热设备的起动时间，升降温速度，恒温时间和不用仪表也不用热电偶等传感件的保温范围，可随心所欲地调节，在进如恒温控制时，随着控温仪表输出的限位开关周期信号，控温仪便周期地改变两种大小不同的输入功率。炉温超过给定值时，输出断开信号，指令输入较小的通断电时间比值，且先断后通，使炉温缓慢地降到给定值。炉温低于给定值时，输出接通信号自动输入较大的通断电时间比值，且先通后断，使炉温再缓慢地升回到给定值。利用这种恒温控制办法，有效地解决了位式调节的超调问题(波动误差大的问题)。该仪器都是在起动之前按事先调节给定的程序(起动时间、升降温速度、恒温温度、恒温时间等)进行自动控制。
新控温仪与时间比例调节仪和位式调节仪的主要区别从形式上看，无反馈的控制系统也是运用通断电时间比例的方法来调节输入功率大小，输入的也仍然是开关的调节参数。但是，在概念上、控制原理上、仪器电路设计上、调节方法上和控制功能上与位式调节仪、时间比例调节仪没有共同之处。位式调节输入量只有额定功率和零功率的二种稳定状态。时间比例调节仪，只限于恒温时，受正负反馈作用构成振荡器间歇动作。输入的时间比值与偏差反馈量成固定比例关系，它的效能只是改善位式调节的恒温波动误差。
无反馈温度程控仪，不单是为了解决恒温控制精度的问题。而是解决加热设备温度程序自动控制问题。该仪器通断电时间比例，即不限于恒温也不与反馈量发生关系。而是和整个热处理工艺过程发生关系。它的比例周期、通断电时间比值、输入时间，都是根据调整给定的参数也就是根据人的意志进行动作和变化。恒温时仪表的开关信号只起限位的作用与输入功率不发生关系。当炉温高于给定值时，仪表发生断路信号，输入使炉温缓慢下降的较小通断电时间比值(人为调节给定)而且输入的是先断后通，其目的是快速阻止温度继续向上过冲，达到了类似微分的调节作用。这个比值一直维持到温度降回到给定值时为止，这就类似比例、积分的作用效果。当炉温低于给定值时与上述作用过程正好相反，也是按照比例、微分和积分的调节规律自动进行调节。
为了理解本发明的上述内容下面结合附图来描述新型控温仪控制原理整个控制机构，主要由MAP(简写M)电动时间继电器和小型中间继电器两种元件组成(参看附图)。仪器板面嵌有11只电动时间继电器、其中M1是调节和控制起动时间。给定起动时间到延时起动的常开触点闭合。控制全功率输入时间的M2开始工作。给定M2延时时间一到，延时起动的常开触点闭合，这时控制变功率输入时间的M3开始工作，同时受M3制约的M6和M7组成的控制输入功率大小的振荡电路，按事先整定通断电比例时间自动控制振荡。M6是控制负载通电时间，M7是控制负载断电时间。M6延时越长，M7延时越短，输入功率越大。当M3按整定的时间延时完了，延时起动的常开触点闭合。这时另一个控制变功率输入时间的M4开始工作，同时受M4制约的M8(控制通电时间的)和M9(控制断时间)控制功率的振荡电路，按给定通断电比例自动振荡，M4延时完了。延时起动的常开触点闭合，M3又开始工作，M3与M4组成一个自动振荡电路(该振荡电路，主要应用于无传感器，无仪表的恒温自动控制和升降温速度的调节和自动控制)。
到达恒温温度时，控制恒温时间的M5开始计时自动控制。炉温若是稍高于给定值时，KK2断开，这时由M10和M11组成控制功率的振荡电路，按调定的通断电比例时间自动振荡(它比恒温前的使加热炉升温的通断电比例时间比值要小)。在该较小的通断电比值下，使炉温缓慢地回降到给定值。当炉温稍低于给定值时，KK2接通，自动转向通断电时间比值较大的振荡电路开始工作。在保温过程中两个不同功率的振荡电路，始终根据KK2限位开关信号，交替进行。直到控制恒温时间M5延时完了。这时，控温仪自动切断电源。控温过程自动结束。
该控温仪的主要优点是(1)机构精练新颖(没有反馈和放大等电路)，调节快速简单(调节参数只有一个，但却具备PID调节功能和效果)，控制方法独特，功能多、精度高，控制过程一目了然，并能自动进行程序控制;
(2)坚固耐用(主要电器元件的电寿命和机械寿命都大于五百万次)，不怕任何干扰，不受任何使用条件的限制。
(3)操作容易，维修维护方便(元件外部连接点与内部都是用插座式相接，拆卸维修和更换电器元件极为方便)，一般工人都可以掌握，价格低廉，成本费不大于1500元;
(4)变量调节范围大，而且精细连续，可使普加热炉无论在高温区、中温区和低温区，都能进行精确的均匀的恒温自动控制。可使一炉多用。
(5)最为突出的是该仪器可不用仪表，不用温度传感器(热电偶等)，也能使炉温恒定在予定值上，其波动范围小于±10℃。这种独有功能，对盐炉非生产时间保温最为有益。不仅节省电偶、保护管(长期在高温熔盐里热电偶和保护管易被损坏)和仪表消耗。更重要的是避免了因电偶故障仪表失灵而造成盐炉熔盐凝固或超温毁炉体的事故;
(6)加热工艺程序完成后，立即报警并自动切断加热设备、温度程控仪和指示记录仪表电源。也可只切断加热设备和程控仪电源、仪表照常继续工作(记录和指示自然降温过程)的控制电路。
(7)应用面广，可使用各种型号，各种额定温度的电加热炉，大型食品烤炉，工业用干燥炉，也可控制燃油炉和燃气炉。
(8)能源利用率可达100%，不需要各种调压器、调功器、触发器等附加设备。
电路图由11个MHP型电动时间继电器，1个JS7-1A气动时间继电器，8个DZ-46型中间继电器，4个指示灯，3个开关和一个电铃组成。
M1是调节和自动控制起动时间的MHP。
M2是调节和自动控制额定功率输入时间的MHP。
M3是调节和自动控制由M6和M7组成自动振荡电路，持续振荡的时间。
M4是调节和自动控制由M8和M9组成自动振荡电路，持续振荡的时间。
M3和M4两者间也组成一个自动振荡电路;
M5是自动控制恒温时间的MHP;
M6与M7、M8与M9、M10与M11是三组调节和自动控制加热设备，通断电时间比例(调整输入功率)自动振荡电路。
JS7-1A时间继电器，用来控制报警时间，只动作几秒的时间。
J1-J8(DZ-46)用于扩大时间继电器的连接触点;
XPL加热设备断电时，绿灯亮。
XDH加热设备通电时，红灯亮。
XDU加热设备保温时，黄灯亮。
XDB加热设备切断电源时，白灯亮。
以在75KW盐溶炉上实施上述方案为例，不用热电偶，也不用仪表，进行保温自动控制的实施(此实验是哈市飞机制造公司热处理弹簧厂提出的。他们需要这种自动控制功能。于88年9月18日一次实验成功)。
厂方提出的技术要求(1)最低温不得小于700℃(小于700℃熔盐凝固)。最高温度不得大于800℃(高于此温度熔盐挥发，氧化严重，浪费电能)。
(2)自动保温时间要超过10小时(该厂两班生产，只夜班不生产。自动保温超过10小时就够用)。
实验是从9月18日9时开始到19日8时结束，共进行了23小时保温实验。
具体调整数据如下(1)将盐炉调压器调到二档(该厂总是用二档进行生产)。
(2)将控制通电时间的M6延时时间调到30秒。
(3)将控制断电时间的M7延时时间调到20秒。
(4)将控制M6与M7持续自动振荡时间的M3延时时间调到30分。
盐溶炉在通断电时间比例为30/20秒时，持续一小时升温10度，持续30分只能上升5℃。
(5)将控制通电时间的M8延时时间调到20秒。
(6)将控制断电时间的M9延时时间调到20秒。
(7)将控制M8与M9持续自动振荡时间的M4延时时间调到25分。
盐炉在20/20秒的时间比例下，持续一小时时，下降12℃，持续25分时，只能下降5℃。M3与M4也是组成自动振荡电路。这样，盐炉每隔30分上升5℃，又每隔25分下降5℃，使炉温始终维持在750℃左右。虽然受外来电源波动影响，但本次实验长达23小时，其恒温波动误差不超过±8℃。
图1为多功能程控仪的电路图;图2接图1。
权利要求
1.一种主要用于热工自动控制，特别是用于炉温调控的多功能温度程控仪，其特征是它主要由调节和自动控制起动时间(M1)，调节和自动控制额定功率输入时间(M2)，调节和自动控制输入功率大小(M6-M11)，不同功率输入时间(M3，M4)，调节和自动控制恒温时间(M5)，以及自动切断电源等无反馈逻辑程序电路构成，上述控制程序主要由下列四部分控制电路组成a.由M3和M4组成的分别调节和自动控制M6与M7，M8与M9二组变功率输入时间的自动振荡电路；b.在恒温控制电路中，当炉温稍超过给定值时，自动输入先断电后通电、功率较低的M10与M11组成的调节功率的自动振荡电路，当炉温稍低于给定值时，自动输入先通电后断电、功率较高的M8与M9或M6与M7组成的自动振荡电路；c.由M6M与M7，M8与M9，M10与M11构成三组调节和自动控制负载通断电时间比例(调节输入功率)的自动振荡电路；d.热加工工艺处理完毕，由自动切断加热设备和指示记录仪表电源，也可由只切断加热设备电源(记录和指示自然降温过程)的控制电路。
全文摘要
本发明涉及一种主要用于热工自动控制，特别是用于炉温调控的多功制温度程控仪。它不是沿袭惯用的反馈控制原理这条路线，而是对炉温的未来状态，完全由初始状态和事先调整的输入功率和时间这两个变参数的给定的程序或规律来调节和控制炉温。因应用了模仿人工最佳操作经验的功能元件，而实现最理想的控制。其特点是参数调节简便，控制功能多，精度高，成本低，通用性强，坚固耐用，不怕干扰，又能可靠地进行程序自动控制。
文档编号G05D23/32GK1043997SQ8910015
公开日1990年7月18日 申请日期1989年1月7日 优先权日1989年1月7日
发明者江博尧 申请人:吉林工业大学