温度控制仪十篇

发布时间:2024-04-24 16:24:08

温度控制仪篇1

【关键词】物联网;变压器;温度控制;Stm32F107

前言

电力变压器的安全运行和使用寿命,很大程度上取决于变压器绕组绝缘的安全可靠。绕组温度超过绝缘耐受温度使绝缘被破坏,是导致变压器不能正常工作的主要原因之一,因此,对变压器运行温度的监测、报警和控制是十分重要。由于变压器结构从内到外依次为:铁心、低压绕组和高压绕组,而发热源主要为铁心和低压绕组,外表面的高压绕组由于电流小发热量少,低压绕组电流大发热量大,并且处于内层,不利于散热,所以对变压器的低压绕组温度实时监测十分关键。本文提出的新型的变压器温度控制仪,与传统的变压器温度控制仪相比,采用移动无线通信方式,将温度数据上传到数据中心,运行人员可以实时查看电力变压器实时温度和历史温度,根据分析结果可以调整温度控制仪降温设备预设参数,温控可根据预设的温度定值自动起动变压器降温设备。同时,变压器设计人员可根据运行的历史数据,分析变压器运行特性,为优化变压器设计提供基础数据。

1.温度控制仪的硬件设计

新型物联网温度控制仪主要由嵌入式处理控制模块、温度采集模块、LCD显示模块、键盘设置模块、无线通信模块等组成。温度控制仪通过温度采集模块获得变压器的实时温度,实时上传到数据中心,根据设定的控制方式,进行冷却风机合分闸、超温报警等操作。变压器温度控制仪采用CoRteX-m3aRm处理器为核心,模块化设计,一体化结构,总体结构如图1所示。

图1变压器温度控制仪总体结构

嵌入式处理控制模块的处理器选用Stm32F107芯片,该处理器采用CoRteX-m3aRm架构,标准外设包括10个定时器、两个12位aD、两个12位Da、两个i2C接口、五个USaRt接口和三个Spi端口和高质量数字音频接口,另外Stm32F107拥有全速USB(otG)接口,两路Can2.0B接口,以及以太网10/100自适应maC模块,运行频率最大可达72mHz,可实现硬件除法和单周期乘法,具备快速可嵌套中断功能,内嵌256KBFlash及64KB的SRam等。Stm32F107具备超强的硬件平台和数据处理能力,使整个温度控制仪的智能化设计更加方便,支持的物联网功能更加丰富。

温度采集模块采集预埋在低压绕组中的pt100热敏电阻温度变化值,并转换成嵌入式处理控制模块可以识别的模拟量信号输出,嵌入式处理控制模块通过aD采样和数据处理,得出相应的变压器温度监测值。LCD显示模块由发光LeD和LCD显示屏组成,正常情况下显示三相的温度值和降温设备工作状态等,在设置状态下可以设定各项参数,如冷却风机启停预设温度的设定等。键盘设置模块用于就地温度控制仪数据查询和参数设置等操作。无线通信模块选用紧凑的GSm/GpRS模块Sim900a设计,该模块采用Smt封装,基于Ste的单芯片方案,性能强大,可以内置客户应用程序,广泛应用于手持pDa、智能抄表与电力监控等众多方向的应用。

它与嵌入式处理控制模块通过串行通信接口相连,实时上传温度控制仪的各项数据,通过移动网络将数据存储到数据中心,并转发用户通过数据中心下发的各项指令。

2.温度控制仪的软件设计

嵌入式处理控制模块实时采集变压器温度,并根据内置条件或者数据中心下发的指令进行冷却风机合分闸、报警等相关操作,所有操作状态均同时显示在LCD屏上,整个温度控制仪的状态通过无线通信模块与物联网进行相连,主函数流程如图2所示。

图2主函数程序流程图

温度控制仪上电初始化Stm32F107内核系统,对芯片一些外设和全局寄存器进行设置,读取存在eepRom中的配置参数,开始初始化全局变量和超温保护参数,再完成初始化中断和无线通信后,进入主循环,开始执行应用程序任务。温度控制仪软件主要由三个应用程序任务组成:

(1)数据采集测量任务,在此任务中,Stm32F107定时启动采样,根据预定的转换系数,实时计算当前变压器的三相温度,扫描开入开出回路,及时跟踪变压器的状态信息;

(2)无线通信任务,Stm32F107将采样测量任务中的采集数据结果传递给无线通信模块,无线通信模块通过天线将数据发送到移动网络,上传到数据服务中心;

(3)人机界面处理任务,根据不同的键值进行界面处理,完成参数设置、状态查看等功能。

3.温度控制仪基于物联网的应用

新型变压器温度控制仪是专为电力变压器安全运行设计的一种基于物联网技术的智能远程控制器。温度控制仪监控变压器绕组的温升,能够自动启动冷却风机对绕组进行强迫风冷,并能控制超温报警及超温跳闸输出,以保证变压器运行在安全状态。新型变压器温度控制仪在安装尺寸上和原传统温控仪完全一致,功能上完全兼容传统设备,实现了以下功能:

(1)输入开路及故障自检显示、输出和远传;

(2)冷却风机自动启停输出和远传;

(3)超温报警显示、输出和远传;

(4)超温跳闸显示、输出和远传;

(5)风机手动/自动状态显示和远传;

(6)风机定时启动控制功能;

(7)各种参数本地、远传设置保存,并可以密码保护。

控制仪通过无线移动网络作为通信通道,与物联网数据中心远程通信;数据中心可以采集到各个现场的变压器运行状态、进行数据分析、远程调度、性能优化等等,应用系统框图如图3。

图3应用系统框图

应用本温度控制仪后,用户可以通过在电脑、paD或手机上安装一个温控仪应用软件,即可实时查看变压器的温度变化,可以根据历史温度曲线和现场的温度数据对变压器温度进行实时控制,同时变压器厂家可根据各变压器的历史数据,判断变压器运行特性,对变压器历史数据进行设计优化,也可以根据变压器的运行时间和运行状态提醒用户做必要的检修。

4.结束语

本文提出一种基于物联网的变压器温度控制仪,通过无线通信模块与数据中心服务器之间通信,实时远程监测和控制变压器的绕组温度及降温设备工作状态;变压器的温度数据实时存储到数据中心的数据库,通过物联网技术实现数据共享,为用户实时监控和维护提供技术手段,同时为厂家设计和改进提供基础数据。本文提出的变压器温度控制仪智能化高,提高了所控制的变压器的可靠性,克服了现变压器温度控制仪不能远程值守、远程操动、无历史数据的缺点,解决了偏远地区无人值守变压器的远程监控问题,具有实用价值。

参考文献

[1]周理,周芝峰.电力变压器的温度保护及探讨[J].煤矿机械,2010,31(10):189-191.

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[4]冯建勤,康国平,陈志武,郑安平.干式变压器温度保护研究[J].电子设计工程,2012,20.

温度控制仪篇2

关键字:全自动酶免仪;温度控制;模糊自适应piD算法;无超调

中图分类号:tn06?34;tH776文献标识码:a文章编号:1004?373X(2014)03?0097?03

Fuzzyadaptivecontrolontemperatureofautomaticenzyme

immunoassayinstrumentincubationunit

LiUXiao?yu1,GUoYang?kuan1,ZHULian?qing1,2,CHanGHai?tao3

(1.KeyLaboratoryofoptoelectronicmeasurementtechnologyofBeijing,BeijinginformationScienceandtechnologyUniversity,Beijing100192,China;

2.BeijingengineeringResearchingCenterofoptoelectronicinformation&instruments,BeijinginformationScienceandtechnologyUniversity,Beijing100192,China;

3.SchoolofinstrumentScience&optoelectronicsengineering,BeihangUniversity,Beijing100083,China)

abstract:inordertokeeptheenzymereactioninautomaticenzymeimmunoassayinstrumentincubationunitcarryoutintheenvironmentthatclosetobody′stemperature,thetemperaturewithoutovershootcontrolsystemisestablished.Duetobigparametervariationduringthecontrolprocess,itisdifficulttoestablishaccuratemathematicalmodel.SoitisdifficultfortraditionalpiDalgorithmtotakebothrapidityandstabilityintoaccount.thecontradictionbetweenrapidityandstabilityissolvedaccordingtotheerroranderrorchangerateoftemperaturebyFuzzyadaptivepiDalgorithm.testresultshowsthatusingfuzzyadaptivepiDalgorithmtocontrolthetemperaturecanreachtherequirementsofthesystem.ithasgoodadjustmentabilityandgoodrobustness.

Keywords:automaticenzymeimmunoassayinstrument;temperaturecontrol;fuzzyadaptivepiDalgorithm;non?overshoot

0引言

全自动酶免分析仪是基于酶联免疫吸附测定(enzyme?linkedimmunoSorbentassay,eLiSa)研发的一种高效检测设备[1],可对患者的血液样本、尿液样本、唾液等其他体液样本进行相关的疾病分析,比如肝病、肾病、心脑血管疾病等,在现在医疗检测技术中占有重要的地位。国外对全自动酶免分析系统的研究已经到第三代,而国内在这方面的研究仍处于起步水平。孵育模块模拟人体的温度环境,保证需要检测的体液样本和试剂在一定的时间内能充分有效的反应。如果温度的调节时间过长,会降低整个系统的效率,相反,则容易出现超调现象,导致反应酶降低甚至丧失其活性,从而进一步导致后续检测结果的不准确性。温度控制的好坏直接影响着全自动酶免分析仪的检测结果的正确性和准确性[2]。

目前,全自动酶免分析仪的温控系统多采用piD控制。传统piD以结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。但是全自动酶免分析仪的温控模块处于开放环境之中,参数变化大,并且温度控制面积大,导致系统惯性大、滞后现象严重,难以建立精确的数学模型,传统的piD控制在此系统上很难兼顾快速性和稳定性,而模糊自适应控制鲁棒性好,抗干扰能力强,对复杂对象或难以建立精确数学模型的对象具有很好的控制效果[3]。模糊自适应piD控制器运用模糊数学的基本理论和方法,把规则的条件、操作用模糊集表示,并把这些模糊控制规则及有关信息作为知识输入到系统中,然后根据控制系统的实际相应情况,运用模糊推理,自动实现piD参数的最佳调整,避免了传统piD参数固定的缺点[4]。

本文设计孵育模块系统,并利用模糊自适应算法对系统进行控制,以使系统达到稳定、调节时间短且无超调的性能指标。

1系统组成

全自动酶免分析仪孵育模块要求温度精度为±0.5℃,温度范围为室温到55℃,步进1℃,上位机能够设定所需要的温度,并且能够实时的显示当前的温度。根据要求设计了如图1所示的孵育模块系统,pC机通过USB和主控模块通信,主控模块和孵育模块等其他子模块通过Can总线通信。温度控制的核心部分位于孵育模块温控DSp中,它对通过温度传感器对温度数据进行采集,并通过内部程序中的算法产生pwm波,经后续电路放大后给加热板加热,使孵育板上的温度达到所设定的温度。

图1孵育模块系统框图

2模糊控制算法

2.1模糊控制原理

模糊控制是以模糊集合论、模糊语言变量及模糊逻辑推理为基础的计算机智能控制[5]。它的核心部分为模糊控制器,其组成框图如图2所示。

图2模糊控制器的组成框图

由图2所示,模糊控制器由模糊化接口,知识库,推理机和反模糊化接口组成。模糊化接口是系统模糊集合的标记。它将输入变量以及被控元件的输出量映射到设定的合适论域量程中,输入的精确数字变量就变成了合适的“语言”。知识库由数据库和控制规则库组成。数据库提供模糊控制规则论域离散化及隶属函数的定义,包括控制对象及运用领域的有关理论。推理机是在模糊概念的基础上,通过推理规则获取模糊控制信息,实现类似人类决策过程[6]。这其中使用的模糊推理规则是模糊蕴涵和模糊逻辑推理规则。之后模糊推理有模糊输入与模糊控制规则得出模糊输出。模糊推理机是模糊控制系统的核心部分。反模糊化接口不仅进行模糊控制推断,还起到产生控制作用。

2.2模糊自适应piD控制器结构

模糊piD算法是找出piD三个参数与[e]和[ec]之间的模糊关系,在运动中不断地检测[e]和[ec,]采用模糊逻辑推理的方法对三个参数在线自整定,以满足不同的[e]和[ec]对控制器参数的不同要求[7]。因此,利用模糊piD整定出来piD三个参数,具有自适应的特性,piD三个参数会应外界环境变化自动调节,以保证控制系统特性。其结构图如图3所示。

图3模糊自适应piD控制器结构

2.3模糊控制器设计

全自动酶免分析仪要求温度的变化范围为室温到55℃,由于季节的影响,标定温度的变化范围为[10,55]℃。实验中试管中样本常用的温度为37℃,经测量加热板和样本有3℃的温差,所以加热板的温度变化范围为[13,58]℃,常用的加热板的设定温度为40℃。由此可知误差[e]的变化范围为[-27,18]℃,[emax=27。]

由加热板加热的功率和自然降温,知道温度的变化速度不会超过5℃/min,由此知道[ec]的变化范围为[-5,5],[eCmax=5。]

输出pwm波的范围,占空比为100%时,输出[u]为1,占空比为0时,输出[u]为0,由此知[U]的变化范围为0~1,[Umax=1]。

按照工程整定的方法,整定出具有良好稳态特性的piD控制参数,[Kp=20],[Ki=0.139],[KD=0.017]。为了使系统具有良好稳态性能的参数取值范围,设计[ΔKp,][ΔKi]和[ΔKD]的论域为[-5,5],[[-3.0×10-2],[3.0×10-2]]和[[-7.0×10-3],[7.0×10-3]]

在全自动酶免分析仪中,对于输入,采用7个量化等级以满足控制要求[8],由于[e]的不对称性,规定[e]的模糊论域为[e=-4,-3,-2,-1,0,1,2];而[ec]的模糊论域为[eC=-3,-2,-1,0,1,2,3;输出的模糊论域为U=0,1,2,][3,4,5,6,7。]

对[e]和[ec]的7个模糊子集进行描述:{nB、nm、nS、Zo、pS、pm、pB}[9],对应的语言变量的意义分别为:{负大,负中,负小,零,正小,正中,正大}。

模糊自整定piD通过[e]和[ec]的变化,利用模糊规则进行模糊推理,查询模糊矩阵进行参数调整[10]。表1是三个参数的模糊控制表。

根据个模糊子集的隶属度赋值表和各个参数的模糊控制模型,应用模糊合成推理设计piD参数的模糊矩阵表,代入式(1):

[Kp=Kp0+ΔKpKi=Ki0+ΔKiKD=KD0+ΔKD](1)

在线运行过程中控制系统通过对模糊规则的结果,处理查表运算,完成对piD参数的在线自校正。

3实验与结果分析

设定孵育模块的温度40℃,通过得到的温度数据,比较传统piD算法和模糊自适应piD算法对此系统的控制能力。为了检测模糊自适应piD算法的鲁棒性,在900s时,对系统添加干扰。本实验在全自动酶免分析仪上进行,孵育模块在整机中的位置如图4所示,孵育模块内部结构如图5所示。

图4孵育模块在整机中的位置

图5孵育模块内部结构

实验结果如图6所示。图中,虚线和点线为不同的传统piD参数所得温度数据的曲线图,这两组参数是在经验值的基础上经过大量的实验得到的。实线为模糊piD的温度曲线图。

图6不同控制方法的温度时间曲线

结果分析:

(1)由图6虚线可以看出:当温度上升时间短,达到设定的温度的调节时间较短,但温度超调量较大。

(2)由图6点线可以看出:当温度的无超调时,温度的调节时间会很长,影响了系统的响应速度,不能实现系统高速有效的进行,影响系统的整体性能。

(3)由图6实线可以看出:由于piD参数根据系统温度及温度变化情况进行了模糊自适应调节,温度响应时间相比较无超调传统piD温度响应时间缩短了300s,并且无超调,结合了上述传统piD算法的优点,并且抗干扰能力强,鲁棒性好,对温度的控制效果好,稳定度高。

4结论

本系统采用模糊自适应piD控制算法实现了全自动酶免分析仪孵育模块的温度控制。实验结果表明,在没有精确模型的情况下,模糊自适应piD相对于传统piD能兼顾快速性和稳定性,既保证了调节精度,又缩短了调节时间。本文的控制方法不仅适用于全自动酶免分析仪还可用于其他温度控制场合。

参考文献

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温度控制仪篇3

abstract:thispaperpresentsanewdistributedtemperaturecontrolsystemwhichwasdesignedandmanufacturedforcontrollingelectricfornaceandmonitoringinterrelatedtemperatureparametersincourseofthehighpressuredeuteriumortritiumgassoaksintotinyballs.Byconfigurationdesigntechnique,variousoffunctionalwindowsweredesignedtoachievethegoodmaintainabilityandreliabilityofthesystemabove-mentioned.asetofintelligentinstrumentsandasuitofmonitoringconfigurationsoftwarewereusedasthekerneloftheremotemonitoringsystem.agraphicalhumanmachineinterfacewasappliedtodisplaytherealtimestatusanderrortreatmentsofthesystem,whichmadetheoperationofthissystemeasierandsaferfortheoperators.theexperimentshavedemonstrateditsreliabilityandeffective.thetemperaturecontrolsystemforautomaticmonitoringofotherindustrialsiteversatility.monitoringsysteminterfacecanbedistributedacrossmultiplesiteFp23intelligenttemperaturecontrollertoreadandwriteoperationscanberemotelyintelligenttemperaturecontrollerintegratedinthecontrolnetwork,ontheonehandbetweentheheattreatmentappliedtotraditionaltechnologicalinnovation,theotherapplicableelectricequipmentinsupportingnewprojects,whichgreatlyfacilitatesthescenetemperaturetableoperationandcontrol.adaptedtothecurrenttemperaturemonitoringsystem,wearenowworkingwithalotofhelp,throughthisarticle,suggestions,wewanttoworkwithmorerealisticguidingsignificance.

关键词:智能仪表;系统组态;piD;分布式系统

Keywords:intelligentinstrument;systemconfiguration;piD;distributedsystem

中图分类号:tp311.5文献标识码:a文章编号:1006-4311(2013)20-0208-03

0引言

智能温控仪采用微型计算机接口技术,具有自适应、自学习的能力,具有可编程性,可记忆特性,具有四则运算、逻辑判断、命令识别等运算功能,其内置微处理器,温度控制在工业领域有着非常广泛的应用[1]。智能仪表在过程控制中可以完成自动控制的功能,提供了工业标准的RS485通信接口及相关协议,同时还能进行智能控制即集中控制和管理[2]。

1温度控制系统控制策略的选择

温度控制系统多采用分离的温度调节仪表和基于pLC的闭环反馈控制系统两种控制方案[3]。前者多应用于经济型的温度控制系统中,该控制方案具有价格低的优势,但在控制功能上受到很多限制。后者多用于精确高档型的温度控制系统中,成本较高,内部控制策略、算法较为复杂,会降低pLC运行效率。

近年推出的智能温控表自带piD控制和模糊控制等功能,温度模拟量信号完全可以不进入pLC,温度回路的闭环调节功能由智能温控表来独立完成,实现对温度模拟量的闭环测量和控制。本文控制策略以温控仪作为控制核心,可大大减轻pLC的运行负担,提高其运行效率。另外,该策略以温控仪通信口连接上位机,可实现人机交互、图形显示、数据处理、报表打印等功能。

2Fp23智能仪表通信原理

在系统的开发中选用了配置有RS485通信接口的Fp23温控仪,利用该接口通过编制相应的通信驱动程序即可以实现上位计算机与温控仪的信息交互。由于计算机提供的都是RS232串口,因此计算机与温控仪的通信采用RS232/RS485转换器。上、下位机采用主、从方式进行通信,多台仪表的通信靠地址(设备号)的不同来区分。通信中,发送方需将发送线置于低阻态,发送完成后,发送线需重新恢复到高阻关闭态。接收方在接收数据完成后,又成为发送方。通讯时,上位机必须根据温控仪设定的地址,共同约定的数据格式、波特率等通讯规约,发送通信文件,下位温控仪在接收地址、字符格式和校验正确后才能进行正常的通信。Fp23温控仪通信应答格式与上位机通信发送格式大同小异,具体可参照生产厂家随产品附带的温控仪通信协议[4]。

3分布式监控系统

3.1温度控制系统组成该控制系统由研华ipC工控机、串口转换模块、Fp23智能温控仪表、固态继电器、加热炉、热电偶等组成。该系统设计成分布式(DCS)控制系统,采用3级控制结构,上位机(最高级)采用工控微机作集中管理机,实施上位监视和控制,下位机(次高级)采用多台Fp23智能仪表,实施分散控制,为确保系统的高可靠性,DCS系统应既可以由上位微机控制管理,亦可降级至控制柜面板分散控制或手动控制.温度控制系统组成见图1。

上位机选用研华工控机作为现场的监控操作站,通过RS232到RS485转换器连接多台Fp23智能仪表,实现双向、高速数据通信,能够完成配方的下载、管理,关键工艺参数的设定,实现控温过程的温度曲线、运行状况记录。同时在上位机上运行监控软件,实现整个系统的工艺流程、图表显示和故障报警处理等功能。Fp23智能仪表作为系统的下机位,按照上位机给定的工艺参数进行现场炉温测量与调节,亦可脱离上位机单独运行。由piD调节器输出的开关控制信号送入固态继电器,调节电炉的加热功率,来达到精确的控温效果。加热系统主要由电炉和床体两部分组成。加热系统分为3个温度区,每个分区的温度设定值可各不相同。控制系统中对象的扰动主要有:各分区间按照工艺要求所设定温度值的差异、电炉外壳冷却水流量变化带走的热量的变化等。

3.2温度控制原理图如图2。

4监控程序的设计

4.1通讯设计由于三台Fp23温控仪表通过RS485通讯接口与上位机进行通讯,现对温控系统进行分布查询通讯设计,其流程如图3。

4.2系统参数设定为了实现温控表与pLC或上位机的串行通信,需对Fp23温控表进行通信参数设定。Fp23温控表的参数设定如下:add=1-3(分别为3块温控表的地址),BpS=2(通信速率为9600bit/s),Bit=3(7位数据位,奇校验,2位停止位),int=150(发送时间间隔为150ms)。

4.2.1曲线运行参数设置在上位机进行组态软件编程,按工艺流程温控要求创建温度设置曲线(多段曲线)库,存于上位机,并可随时修改温控参数(升温速率,SV,piD号等);通过组态软件在上位机的控制界面中进行曲线设置脚本程序编写,形成图4设置窗口。

4.2.2温控仪piD参数设置下载温度设置曲线至温控仪,在图5窗口显示设置曲线并可自动进行piD自整定,将每步piD参数自动置曲线库对应曲线的piD参数,以备工艺实验温控调用。当然也允许手动修改对应曲线的piD参数,已达到更精细的控制要求。

4.3温度控制动态曲线监控温控参数设置和相关数据通讯由温控仪RS485与上位机(一体机)串口实现。上位机组态软件动态曲线通过程序形窗口曲线,如图6所示,温度控制的功能是:在曲线库里选择整定后的温度设置曲线下载至温控仪,进行对应的温控对象控制,并在上位机监控界面上上载显示温度设置曲线(粗线),同时实时显示温度运行曲线(细线)运行情况。

4.4数据管理其文件名是由软件自动命名的文件名,包含了工艺始运行的日期、时间、炉号、工艺名称等重要信息,查找起来一目了然,可通自由报表窗口菜单项打开、查看或打印。完整的曲线是热处理品质保证的有力依据,也是技术员做质量分析的必不可少的参考资料,这意味着曲线的显示和打印是管理系统中十分重要的一环。

5结论

该温控系统采用计算机分布式控制,利用基于组态软件设计的Fp23温控仪与计算机的串口通信及,实现人机界面对工业现场仪表的实时监控,对加热电炉实行集中控制和管理,实现了生产过程自动化,并提高了控温水平。

参考文献:

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[3]何衍庆,俞金寿,蒋慰孙.工业生产过程控制[m].北京:化学工业出版社,2005:35-39.

温度控制仪篇4

1、一般短按set键,数字跳动即可上下键输入。

2、智能piD温控仪xmt806上边显示的室内温度温度和实际室温差4度,原因是我在温控探头边上专业生产各类热电阻热电偶,温度压力流量液位仪表仪表误差过大,可能是温控或是传感器不合格。

3、仪表是xmt806智能pid温控仪,用的是k型热电偶.温度在1200度,不用报警,具体怎么设置直接接好加热装置、K型传感器、设定好温度就可以了

4、xtm806温控仪怎么设置首先,的Xtm612是温度控制仪,你只需要把pt100接入温控,让后把你的加温装置接入你的温控,在温控上设置好你的温度就可以达到自动控制温度了。

(来源:文章屋网)

温度控制仪篇5

关键词:便携式温度自动校准系统长输管道温度仪表浅谈

作为一个有危险性的特种行业,在原油长输管道的SCaDa控制系统中,大量应用的仪表校准工作存在较大的困难。特别对于温度仪表的校准,由于常规的校准设备体积大,工作条件要求高,不适合现场环境使用;而输油行业要求生产不可中断,使得拆卸仪表进行送检等也成为不可能。因此,寻找一种体积小、操作简单、便携性好、拥有较高校准精度的小型温度校准系统、能够实现温度仪表的现场校准的设备,是提高校准效率、提升校准精度的有效手段。而JoFRa干体炉是一种新型的便携式温度校准设备,配合aSm扫描开关及校准软件,可以方便地组成一套完整的温度自动校准系统。它是集现代测量技术、计算机测控技术和信息管理技术于一体的新一代温度仪表校准装置,是全新概念的温度计量管理系统。可以完成多功能、智能化的计量管理任务。完全可以满足工业生产需要;同时,它可以提供在线式校准,这就将开展温度仪表校准工作时对输油生产产生的影响降到最低。

l系统的构成及工作原理

1.1系统组成

装置的基本组成包括核心部件aSm801B多路自动扫描开关;主要部件温度控制系统atC一140B、CtC一1200a以及计算机打印机及其功能强大系统配套软件JoFRa。通过控制电路和多路接口,将各智能化功能部件连成系统网络。工作时通过JoFRa软件的校准设置来控制校准仪的控温,同时校准仪里的被校仪表通过电缆将数据信号实时经过扫描开关传送至计算机JoFRa软件系统,形成一个闭环控制回路,通过自动系统的piD调节对校准仪参数进行补偿式修正,从而达到一个稳定、精确的恒温场。

1.2主要性能指标

1.2.1系统的基本功能

①用一等标准铂铑10一铂热电偶温度计校准二等标准铂铑10一铂热电偶温度计;

②用一等或二等标准热电偶温度计校准工业用各型热电偶温度计;

③用二等标准热电阻温度计校准工作用热电阻温度计和其它液体式温度计。

1.2.2系统的主要指标

①扫描开关寄生电势≤0.4V;

②控温准确度为0.1%FS。稳定性:对高温炉≤0.1℃/min;对油(水)槽≤o.04℃/10min;

③对工业用热电偶、热电阻温度计一次可校准1~7支;

④校准温度范围:热电偶温度计为300~1200℃、热电阻温度计为0~300℃、液体温度计为30~150℃。

2关键技术特点

2.1独特的温度性能

JoFRa干体炉可以对各种型号和类型的温度探头进行精密校准,这得益于它所采用的创新的双区加热技术。每个加热区都可以单独控制进行精确的温度测量,在加热块底部的温度一致性非常接近于实验室液体槽的指标。下面的加热区域保证整个加热块合适的热量消耗,上面的加热区域补偿加热体上部和被测传感器的热量损失,这种设计无需隔热被测探头,可以校准充液式或其他机械式的探头。

2.2动态负载补偿技术(DLC)

为了配合双区加热技术,实现更好的温场一致性,JoFRa干体炉采用了DLC(动态负载补偿)技术。DLC技术以一支特殊的温差传感器来实现对温场的实时监控,此传感器将被安置于套管内,并与干体炉连接。当DLC功能开启时,干体炉会将平衡套管内的温场作为优先于普通温度控制和稳定性控制的首要任务进行处理。干体炉配备的动态双区加热技术,可使套管顶部和底部的温度保持一致,使二者之间的温差最小化。而DLC技术则不仅仅控制加热井的温场一致性,也控制着套管内的温场一致性。DLC探头监控套管内温场的细微变化,并且将数据反馈至双区加热系统,由后者对温场进行动态补偿。因此,校准系统的精度和温场一致性将不受负载多少的影响。

配备了DLC技术的RtC系列干体炉具备如下优势:

(1)同时校准多支传感器,或校准大尺寸探头,消除温度负载的影响;

(2)由于具备极好的轴向温场一致性,因而无需考虑温度测量元件在温度探头中的具置和长度;

(3)在轴向的不同位置都有最佳的精度,在底部往上60mm区域内轻松校准各类温度探头,无需考虑轴向温场误差,确保校准的准确度;

(4)确保干体炉工作在最佳状态,在干体炉稳定时,可使轴向温场偏差缩小至接近0℃;

(5)通过DLC探头可以得知双区加热功能的工作正常与否。

3应用效果

便携式温度自动校准系统在当前油田生产现场已应用数年,系统的可靠性、便携性、多功能性等特点得到了充分验证。系统充分利用了先进的计算机及其软件技术,通过可靠性高的通用智能控温仪表,实现软硬件双重控温,提高了装置的可靠性和灵活性。在实际的使用中,该系统真正做到了一机多用,提升温度仪表校准效率70%以上;系统采用高精度智能多功能电测仪表和低寄生电势的智能多路扫描开关,为一机多用提供硬件支持,较常规校准提高校准精度30%,大大节约了人工投入,获得了突出的经济效益。

4结束语

便携式温度自动校准系统具有升降温速度快、体积小、便携性好的突出特点,适应了原油长输管道生产对温度仪表校准便携、快速、在线的要求,并且在保障校准精度的前提下将在用仪表校准对输油生产的影响降到最低,这对原油长输管道生产具有巨大的实用价值。

参考文献

温度控制仪篇6

关键词:微处理器可编程控制器pLC通信冷带轧钢退火炉

中图分类号:tp273文献标识码:a文章编号:1007-9416(2014)05-0005-02

1引言

冷轧带钢经冷轧后产生冷塑性变形,要对冷轧后的带钢进行再结晶退火处理,罩式退火(退火炉)是冷轧钢卷传统的退火工艺。在长时间退火过程中,钢的组织进行再结晶,消除加工硬化现象,从而获得优良的机械性能。退火时,每炉一般以5个左右钢卷为一垛,各钢卷之间放置对流板,扣上保护罩(即内罩),保护罩内通保护气体,再扣上加热罩(即外罩),将带钢加热到一定温度保温后再吊冷却罩进行风冷,当温度降到一定时,再进行水冷直至冷却结束。在整个退火工艺中,温度采集记录和控制显得尤为重要,每个炉子的内罩、外罩各取一个温度采集点,分为内罩温度和外罩温度,用K型热电偶进行测温,并通过补偿导线将温度信号传入无纸记录仪和温控仪表。由无纸记录仪记录每个炉子的实时温度曲线,可通过它查询温度历史记录数据;每个炉子的加热和保温段采用欧姆龙温控仪表进行控制,通过仪表的piD调节,输出触发信号控制可控硅导通,实现智能加热、保温控制。炉子的冷却段分为风冷和水冷,采用安东测温仪表进行分段控制。

我公司冷带分厂原先使用的是强对流保护气体罩式退火炉,共十套二十台炉子,每套炉子控制方式是用西门子pLC200系列,欧姆龙温控仪,安东904温控仪,无纸记录仪。按退火工艺要求对温控仪的设定,通过对温度的升温时间、保温时间、及风冷、水冷等工艺的控制,以保证产品的质量,但随着生产规模的扩大,公司冷带轧钢退火炉的数量不断增加,独立的控制系统太多,特别分散,控制方式,控制设备型号,控制程序不同,存在诸多问题。显然这套控制方式已很难满足现在产品质量的要求,故对其温度控制方式进行了改进。

2冷带退火炉原控制系统分析及存在的问题

原冷带退火炉控制系统结构图如图1所示。

缺点:

(1)pLC200控制系统没有上位机监视,数据反映不直观,且pLC200出故障时,很难直观判断,必须与笔记本电脑通讯,判断故障点,这样维护时很浪费时间,不仅影响公司生产进度,还影响产品的退火质量。(2)由于分期安装,十套二十台炉子共有5台12通道无纸记录仪,且无纸记录仪有软盘读取数据的、有优盘读取数据的,接线端口各个不同,若数据保存满了或者要修改无纸记录仪的重要参数时,需要通过软盘从本身自带的软驱进行下载到计算机进行保存和修改,而且两三个月就要转存一次,设备使用年限太久,经常读取失败,无纸记录仪记录时常出现死机或不断重启,导致历史温度数据丢失等现象。更换或维修成本很高,一套近万元。(3)各套仪表型号设置不一样,pLC200程序也不一样。备品配件不兼容,导致备品备件太多,购买备件也得花很高的成本,浪费资金。

3冷带退火改进方案

针对上述缺点提出对整个退火温控系统需要进行全方位的优化,在确保正常生产的同时,要从根本上降低其维护成本。改进后的冷带退火炉控制系统结构图如(图2)所示。

(1)由于十几套炉子仪表控制众多,用pLC300代替原来的仪表控制,S7-300是模块化的中小型pLC适合于中等性能的控制要求。模块能满足各种领域的应用。可以增加模块,对pLC进行扩展,简单实用的分布式结构和强大的通信联网能力。(2)采用mpi工业控制网络将所有炉子的pLC200控制系统与pLC300进行联网,从而实现集散控制的目的。还可以保留原来的电气控制系统,这样改动不会特别大,节约成本,在实施时可以一台一台分部通信、改进,不影响分厂生产。(3)使用pLC300与上位机通信、实时监控设备运行状况,更重要的是可以代替五台无纸记录仪,节约无纸记录仪维修成本,并用电脑实时监控其状态和当前运行的阶段,储存量非常大,方便将来扩展。

4pLC控制系统的设计

4.1pLC系统设计

pLC系统设计包括:硬件组态和step7程序设计。

(1)硬件组态设计。首先确定系统的规模,由此计算pLC输入、输出点数,并且统计输入输出信号的数量来选择模块的类型和数量,在选购pLC模块时要在实际需要的点数的基础上留有一定余量。在本系统中,每台炉子包括东炉内罩温度、西炉内罩温度和外罩温度,10台退火炉共10*3=30个热电偶信号,因此如果选择sm331tC*8模块时至少需要5块,为了留有备用点以及后期的扩展,最好是选择六块,类似的计算出所需要的ai模块、Do模块和Di模块。另外在设计模块组态的时候应考虑到pLC系统中每一个机架中只能接7个模块,在超过7个模块的时候应选择扩展模块进行机架的扩展如im335。其次确定负载类型,根据pLC输出端所带的负载时直流型还是交流性,是大电流还是小电流,以及pLC输出点动作的频率等,从而确定输出端采用继电器输出还是晶体管输出或是晶闸管输出。不同的负载选用不同的输出方式,对系统的稳定运行很重要。此系统中输出部分包括外罩高报、高高报以及风冷、水冷、冷却结束等开关量信号,其中高报和风冷、水冷、冷却结束均采用mpi工业控制网实现,而高高报是直接驱动380v的接触器,因此我们需要在Do输出后再加中间继电器以达到匹配负载能力的目的。

(2)step7程序设计。本系统采用专用的编程工具――step7,程序设计主要包括:温度输入部分、加热控温部分、冷却控温部分和mpi联网通讯部分。

1)温度输入部分。温度信号分热电偶、热电阻、铂电阻等,而热电偶信号又分k型、s型、r型等,本系统前期设计只有k型热电偶,因此在组态输入模块tC*8ai时只需要将所有的参数设置为K。温度信号进模块a\D转换再把数据传给CpU供开发者调用,通常情况下,所得数据需要处于10才是我们所需要的温度值,因此该部分程序只要包括:a\D转换的数据除于10并将数据转换成浮点数格式转给DB数据块。

2)加热控温部分。该部分主要是模拟无纸记录仪对温度的冷端补偿和外罩温度控制。冷端补偿包括东炉内罩温度补偿、西炉温度补偿和外罩温度补偿。外罩温度控制包括:高高报控制和高报控制。其中高报通过mpi传给pLC200,高高报直接拉断接触器。

3)冷却控制部分。该部分主要是模拟两块安东表对冷却过程的控制,其中包括风机高低速转换输出、风水冷转换输出和冷却结束输出,每块安东表对应着一个炉台,因此产生六个开关量输出量,并通过mpi传给pLC200。

4)mpi网络通讯部分。S7-200与S7-300之间采用mpi通讯方式,S7200pLC中不需要编写任何与通讯有关的程序,只需要将文件要交换的数据整理到一个连续的V存储区当中即可,而S7300中需要在oB1(或者定时中断组织块oB35)当中调节系统功能X-Get(SFC67)和X-pUt(SFC68)如图(3),实现S7-300与S7-200之间的通讯,调用SFC67和SFC68时VaR-aDDR参数填写S7-200的数据地址区,由于S7-200的数据区为V区,这里填写p#DB1,×××BYten对应的就是S7200V存储区当中VB××到VB(××+n)的数据区。

4.2组态程序设计

本设计中采用的是组态程序kingview,程序下装在上位机里,通过cp5611卡与现场级的pLCCpU通讯,达到监控和数据记录的目的。组态程序设计主要包括:建立变量字典和构建基本的功能性函数、运行画面和动画设计、数据记录及查询设计和用户权限管理等。

4.2.1建立变量字典

首先变量包括:内存离散变量、内存整型变量、i\o整型变量和i\0浮点型变量。而每个炉子均有东、西、外罩温度和各种参数设置及报警点,为了使得变量字典可读性强、建立简单,本系统采用了结构变量的设计方法。以往的方法需要建立300多个变量,新的结构变量设计方法只需要建立10个结构变量即可,节省了大量的重复性工作。

4.2.2运行画面和动画设计

在本系统中运行画面主要包括:①登录画面:用户的权限管理。②主控画面:直观的显示所有退火炉的当前温度和运行状态。③1~11#炉子画面:用户设置有关炉子的参数和温度曲线记录与查询。

4.2.3温度历史曲线记录及查询

在本系统中我们采用组态王自带的KVHtrend控件。KVHtr

end曲线控件是组态王以activeX控件形式提供的绘制历史曲线和oDBC数据库曲线的功能性工具。该曲线具有以下特点:(1)即可以连接组态王的历史库,也可以通过oDBC数据源连接到其它数据库上,如access、SQLServer等。(2)连接组态王历史库时,可以定义查询数据的时间间隔,如同在组态王中使用报表查询历史数据时使用查询间隔一样。(3)完全兼容了组态王原有历史曲线的功能。最多可同时绘制16条曲线。(4)可以在系统运行时动态增加、删除、隐藏曲线。还可以修改曲线属性。(5)可实现某条曲线在某个时间段上的曲线比较。(6)数值轴可以使用工程百分比标识,也可用曲线实际范围标识,二者之间自由切换。(7)可直接打印图表曲线。

温度控制仪篇7

【关键词】化工厂;热工仪表;故障;检修;校验

化工生产是我国经济发展的一个关键环节,同时具有涉及范围广和危险系数大的特点,因此安全稳定是化工企业发展的基础和前提,关系到经济的稳定发展。因此,为了实现对我国化工厂热能的有效利用,需要将爱情对热工仪表的检修与校验工作,及时发现热工仪表中的安全隐患,及时的消除故障,实现化工厂工作的顺利开展。

一、对热工仪表应用和故障分析

热工仪表作为化工厂日常生产有效运行的重要设备,对化工厂的生产起着基础性的作用,是保证化工厂安全生产的关键因素,因此需要加强对热工仪表工作的重视,经常性的对其检查,发现热工仪表运行中的故障并进行故障排除,同时还要加强对热工仪表的校验,为提高化工厂的安全性和效率奠定坚实的基础。在化工厂的生产中,热工仪表的作用是不可忽视的,并且随着计算机技术的不断发展,热工仪表的自动化程度也逐步提高。热工仪表在压力控制和液位控制以及输送流量和温度方面发挥了重要的作用。特别是液压控制系统较为复杂,需要将其作为监测重点,有效的控制其进出水的阀门开度,改变水流量,进而实现对热工仪表的维护。此外,对加热功率的调节可以有效的控制好水温,若出现液位控制测量数据不准确,就会容易引发液位的波动或者是影响仪表的正常运行,这样就减弱了整体系统的工作效率。可见,热工仪表在化工厂的应用中,由于各个因素的影响,出现故障是不可避免的,这就需要加强对热工仪表的检修和校验工作,为化工厂的正常生产工作的开展奠定坚实的基础。由于热工仪表的应用主要集中在液位控制、压力和稳定以及输送流量等方面的应用,因此故障也经常出现在这些环节。首先,液压控制系统的故障是常见的故障,因此要作为检修的重点,一旦出现故障,就会造成仪表测量的失准,瘾大液位的波动,并对整个工作系统的稳定性造成了消极的影响。其次,温度测控仪表和流量控制仪表的故障也是不可忽视,温度和输送流量测量数据的不准确,会对工作造成误导,不仅影响了工作的效率,还会对化工厂工作的安全性造成消极的影响。

二、化工厂热工仪表的检修

(1)对热工仪表的故障检修。当仪表出现故障时,需要采用维修检测的方法进行故障的检修,根据自控系统的记录曲线对故障分析。当记录曲线的波动状态成为直线时或者是停止不动,说明仪表系统出现故障,如果曲线波动难以进行手动控制,可以判定是工艺操作系统的故障。温度测控仪表的故障需要对不同物质进行检测,做到重点分析,例如当温度测控仪表发生故障时,要加强对温度测量的分析,记录真实的测量线性,可以避免大范围的故障。如果变送器失灵和补偿导线断线,温度仪表的指示数值就会发生突变,最大或者是最小。如果在对调节阀输入信号后没有变化,说明膜头和膜片出现泄露,若输入信号没变化输出信号有变化时,说明是定位器的故障。当流量控制仪表出现指示偏小或者是最小的情况时,可以判定是压力不够或者是操作不当引起的管路阻塞,这就需要对管路和调节阀进行调节,如果数据一直不下降,说明是仪表系统出现故障,要检查引压系统和信号传送系统。对于液位控制仪表的故障,首先要考虑给水流量的因素,这就需要对仪表运行的记录进行对比分析,同时检查锅炉的运行情况,进而计算出液位,最后手动控制调节阀,观察液位的变化,如果显示的是稳定状态,说明是控制系统的故障,需要对控制系统进行检修。(2)化工厂热工仪表的校验。在化工厂的生产工作汇总,需要定期对热电偶和热电阻等多个仪表进行校验,确保仪表测量的数据具有较高的可靠性和准确性,进而保证工作系统的稳定运行。一般而言,化工厂成立专门的部门对热工仪表进行校验,做到定期检查,在校验时,机组要做好相应的配合工作。此外,为了实现校验工作的简单可行,通常要借助一些辅助工具,如压力校验仪器和流量监测校验仪等。同时还充分利用计算机技术,实现对控温和误差的自动检定以及对数据的处理等,大大地提高了工作的效率,为化工厂的生产工作提供了稳定的运行环境。

可见,热工仪表是保证化工厂工作的基础条件,需要定期的对其进行检修和校验,进而为化工厂的工作提供安全稳定的环境,需要对仪表的故障进行科学的分析和有效解决,除了采用一定的检修和校验方法以外,还要做好数据的记录工作,真正的做到安全有效生产。

参考文献

温度控制仪篇8

关键词:自动化仪表;石油化工;检测;应用

中图分类号:tn830文献标识码:a

一、自动化仪表

1近年来,随着人们对石油产品需求量逐渐增多,导致石油市场逐渐发展壮大,而自动化仪表是石油化工生产中不可缺少的内容。那么,什么是自动化仪表呢?

2自动化仪表是由若干个自动化元件构成的自动化技术工具,并具有强大的功能。具体来说,自动化仪表是用以检测、显示、记录、传输并控制各种工艺参数的器具或设备。例如用于工业生产过程自动控制中的气动调节仪表,和电动调节仪表,以及集散型仪表控制系统。自动化仪表本身是一个系统,也是整个自动化系统中的一个子系统。自动化仪表是一种“信息机器”,它的主要功能是将输入信号转换成输出信号。信号可以按时间或频率的方式表达,也可以按照数字的方式传输。

二、自动化仪表技术在石油化工中的应用

1温度测量仪表按其测温方式可以分为接触式和非接触式两大类。通常来说接触式测温仪表比较简单、可靠,测量精度比较高;但因测温元件与被测介质需要充分进行热交换,故需要一定的时间才能达到热平衡,所以存在测温延迟现象,另外受耐高温材料的限制,不能用于很高的温度测量。相比较而言,非接触式仪表测温是通过热辐射原理来测量温度的,测温元件不需要与被测介质接触,测温范围广,不受测温上限限制,也不会破坏被测物质的温度场,反应速度一般较快;但受到各种外界因素影响,其测量误差较大。目前,化工企业中常用的非接触式的温度仪表包括辐射式和红外线式。接触式测温仪表包括膨胀式、压力式、热电偶以及热电阻等。

2压力是工业生产中的重要参数之一,为了保证生产正常运行,必须对压力进行检测和控制。在压力测量中,常有绝对压力、表压力、负压力或真空度之分。按压力测量原理可以分为液柱式、弹性式、电阻式、电容式、电感式和振频式等。压力计测量压力范围宽广,可以从超真空直到超高压280mpa。压力计的品种繁多,因此根据被测压力对象很好地选用压力计就显得十分重要。石油化工行业中常用的有就地压力表、远传压力表以及压力变送器等。

3在石油化工生产过程中,常遇到大量的液体或固体物料,它们占有一定的体积,堆成一定的高度,对此物料高度的测量称为物位测量。物位测量主要有两个目的:一是通过物位测量来确定容器中的原料、产品或半成品的数量,以保证连续供应生产中各个环节所需的物料或进行经济核算;另外通过物位测量,了解物位是否是否在安全范围内。物位仪表按测量方式的不同可分为直读式、浮力式、超声波式、雷达式、辐射式、激光式、磁致伸缩式、矩阵涡流式等等。他们的测量精度高,反应迅速,测量数据可靠,石化企业中的物位仪表与阀门配合,当物位超出设定值时阀门会相应的开启或者关闭,可以保证安全的物位高度,在石油化工企业中得到了普遍的应用。

4流量仪表是用来测量单位时间内流过管道的流体的体积。流量计一般伴随着石油开采、运输、冶炼加工直至最后的贸易全过程。在石油化工产业中,为了保证生产的顺利进行,需要根据测量结果对管道的流量进行合理的调节。自动化流量仪表可以预先设定流量的限值,当生产过程中的流量值超出预设值时,会自动调节阀的开度,确保流量在最佳范围,同时还可以通过信号传送将数据和动作记录下来,帮助工作人员自动进行分析或者提供手工调节参数。这种措施提高了石化生产过程的安全,减轻了人员的劳动量,在石化企业中有着广泛的应用。

5执行器在自动控制系统中的作用,就是接收调节器发出的控制信号,改变调节参数,把被调参数控制在所要求的范围内,从而达到生产过程自动化,因此,执行器是自动控制系统中一个极为重要的组成部分。执行器由执行机构和调节机构组成的,主要是对得到的物性参数进行控制。石化行业经常用到的是气动执行器,少数的液动执行器、电动调节器等。石化行业中对温度和压力的调节要通过阀门来控制,气动薄膜调节阀是最常使用的,它经常与电气阀门定位器配合使用,可以用于帮助改善调节阀的性能。

结语

随着科技的进步,自动化仪表技术在石油化工行业得到广泛应用的同时也在不断的进行理论和科技的创新。我们还需要不断的对以往的技术经验进行总结和改进,虚心学习国外的先进自动化技术,培养创新型的人才,使自动化仪表技术为石油化工行业做出更大的贡献。

参考文献

[1]张晋,徐秀荣.自动化仪表在石油化工发展中的作用[J].城市建设理论研究(电子版),2013(17).

温度控制仪篇9

1、室外温度过低、室外温度传感器损坏、信号传输错误等,第一个属于提示类,后面两个就属于故障类了。

2、室外温度过低是指汽车在4摄氏度以下的室外温度的环境中行驶时,室外温度传感器测量到室外温度通过线路传递到控制系统,控制系统收集到信息后传递到仪表,仪表就会亮雪花灯起到警示驾驶者谨慎驾驶的提示作用,让驾驶者注意路面是否有积水、结冰、雪霜等低温下的天气情况,并作出在低温情况下驾驶的准备工作,一般0-4摄氏度仪表亮雪花灯为黄色,0摄氏度以下仪表盘亮雪花灯为红色,这属于提示灯,不影响车辆正常使用。

3、在汽车室外温度传感器损坏的情况下,它会采集到错误的室外温度信息然后通过线路及控制系统传递到仪表并表现出来,那么无论采集的温度信息比实际温度偏低还是偏高仪表都会亮雪花灯,那么此时的雪花灯就属于故障灯了。

4、在汽车线路或是控制系统出现问题的时候,虽然室外温度传感器采集到了正确的室外温度信息,但在传递和反馈的过程中出现问题后仪表显示的温度也是与实际温度不符合的,此时仪表也会亮雪花灯,这时的亮雪花灯也是属于故障灯了。

(来源:文章屋网)

温度控制仪篇10

关键词:自动化测试仪表可靠性人机对话

中图分类号:tp21文献标识码:a文章编号:1672-3791(2013)01(c)-0000-01

科学技术的飞速发展促使社会意识形态发生转变,使得人们对生活的追求更加富有人文主义特色,社会各领域对环境的要求更加严格,对产品的现代化程度要求更高,其中节能减排战略促使新型能源产业风靡全球,带动了全球半导体技术的进一步发展,比如太阳能行业逐渐成为新时期的朝阳产业,该行业中对仪器仪表提出了新的要求。作为现代化仪器仪表的制造商,间接地为现代化科技的发展创造了基础科研平台,通过提供先进的仪表,可以提高用户的生产效率,提升产品质量,监控排放,为低碳经济做出更大的贡献。

1半导体行业对自动化仪器仪表需求分析

1.1自动化仪器仪表现状

全球科技创新的日新月异带动了我国制造业的飞速发展,进入新世纪以来,我国半导体行业对自动化仪表的需求明显加强,无论从技术特点还是市场数量上都呈现递增趋势,从技术含量上分析,我国科研、量产中所使用的自动化仪表已经处于世界领先水平。

上世纪初,国内仪器仪表稳步发展,主要源于工业半导体行业的需求增加,从技术层面上拉动了整个行业技术水平的提升,尤其在新产品开发上取得了显著成效,比如说拥有自主知识产权的电磁流量计、智能化电动机执行系统等。

1.2半导体行业对自动化仪器仪表的需求分析

目前,我国半导体行业使用较多的仪器仪表主要是小型检测单元,比如在集成电路、液晶显示、半导体薄膜、太阳能电池制备等领域的使用较为频繁。自动化仪器仪表的使用往往依赖于半导体设备的发展程度,现阶段该行业中使用较多的是各种薄膜沉积系统、成分检测系统等,涵盖面较广的是peCVD(plasmaenhancedchemicalvapordeposition)、HwCVD(Hotwirechemicalvapordeposition)、moCVD(metalorganicchemicalvapordeposition)系统以及相关检测设备等。半导体设备中对压力计、传感器、流量计、温度计等元器件的使用较多,尤其在半导体行业制备薄膜材料的工艺中对以上元器件的要求相对较高。

(1)压力表

由于半导体技术具有相对较高的精密性,在半导体薄膜的制备工艺中,要求对工艺参数精确控制,反应腔室内部工艺气体的压力大小,成为该行业工艺技术中的核心参数。对工艺气体压力的检测通常采用压力计以及相关的各种真空检测设备。半导体设备的正常运行必须以厂务设施作为保证,包括水、电、气等条件,其中“水”主要用于设备冷却或者恒温加热,因此需要采用压力表对水压、CDa(condensedair)等进行严格控制方可保证工艺正常运行。

(2)流量计

流量计一般应用在化学沉积系统中,对气体流量起到监测、控制作用。对于半导体工艺来说,产品制备工艺参数是决定器件性能的关键因素,其中化学气相沉积系统中反应气体的流量对最终产品质量起到直接的决定性作用,对气体流量的控制不仅要体现动态时效性,更重要的是要在量的控制上具备较高的精确度,目前国内制备mFC的技术已相对成熟,为我国半导体行业的发展奠定了基础。

(3)传感器

传感器在现代工业时代的使用极为广泛,半导体设备中对传感器的使用大多体现在设备机械传动部分。在半导体产品制造中,要实现设备的流水线运行,离不开高可靠型的传感器元件,通过传感器协调不同工序、设备不同部位的联动,进而保证整个工艺的流水线运行。

(4)温度计

随着科学技术的发展和现代工业技术的进步,测温技术也不断地改进和提高,其中金属温度计是利用两种不同金属在温度改变时膨胀程度不同的原理工作的,在半导体紧密制造中通常用来检测液体、气体的温度,测试温度偏中低水平,适合工艺流程中在线、动态、实时监测。

半导体工艺中对金属温度及的使用大多是用来检测特殊反应气体的温度,由于普通加热器很难通过热电偶检测衬底温度,通常在反应腔室特殊部门安装金属温度计监测生长基元的温度,从测量精度和实际可操作性上提高了半导体工艺的可行性。

2自动化仪器仪表在半导体行业的发展趋势

自动化测试仪表技术未来发展趋势主要体现在高智能化、高可靠性、高精密度、优良的响应性能等方面,半导体行业仪器仪表技术主要针对具体应用特性而体现出以下几个发展方向:

2.1人机对话智能化发展

人机对话技术是自动化仪器仪表发展的核心方向,也是未来信息化社会的主流技术,半导体行业对仪器仪表的使用目的是为了便于更好的控制工艺流程,提高对设备的可控性,如果自动化测试仪表具有强大的人机对话特性,能够快速、准确的体现设备运行状态,在半导体制造工业中无疑起到了举足轻重的作用。自动化仪表的人机对话性能是通过设备控制端和仪器之间的对话界面实现,通过人类可以识别的界面端口,读取仪表对设备状态的检测数据,从而对工艺过程起到指导作用。

2.2集成技术的标准化发展

自动化仪表的应用直接依赖于其能否与其他设备形成对话流畅的有机整体,随着人类科学技术的不断进步,半导体行业对自动化仪表的使用需求逐渐增多,不同设备具有不同的逻辑控制系统,如何将自动化测试仪表的接口、通信、软件控制单元和半导体设备逻辑控制语言相融合成为该行业技术发展的瓶颈,如果实现测试仪表在不同半导体设备上的集成标准化,将大幅度提升自动化测试技术的进步。

2.3可靠性技术的提高

自动化仪表在工业生产中起到“中枢神经”的作用,对其可靠性不容忽视,尤其对于大型复杂的工业系统中,自动化仪器的可靠性关系到整个企业、乃至行业的发展命脉。对于半导体企业检测与过程控制仪表,大部分安装在工艺管道、工序过渡段,甚至多数环境存在有毒、易燃、易爆等特种气体,这些特殊环境对自动化仪表的维护增加了很多困难。因此,在使用特种气体的半导体行业中对自动化检测仪表的可靠性具有较高的要求,尽可能降低其维修频率,为工业安全生产提供必要保证。

3结语

当今世界已经进入信息时代,自动化技术成为推动科学技术和国民经济高速发展的关键因素,其中自动化测试仪表作为科研、工业化生产的基础硬件设施而不断发展成熟,在半导体行业中的应用逐渐广泛深入。随着行业科研水平的提高,对自动化仪器仪表有了更好的要求,可靠性、集成技术、智能对话特性成为自动化测试技术发展的首要任务,对自动化测试技术以及测试仪表的使用起到举足轻重的作用。

参考文献