廈門宇電自動化科技有限公司     開發部

關鍵詞：溫度保險絲、程序控溫、開關量輸入模塊、計算機軟件、

一、概述
    目前溫度保險絲已廣泛應用于工業電子設備、通訊和家用電器產品中， 如：電熨斗、熱電吹風機、電熱爐、微波爐、冰箱、電飯煲、電暖壺、咖啡壺、三明治爐、電動機等小家電,作過熱保護。
    溫度保險絲額定電流從0.到2產品。為通過安規測試，保障消費者人身和財產安全，典型的方法是增加一個溫度保險絲，其動作溫度高于限溫器的控制溫度，在異常過熱或限溫器失效的情況下，能夠安全可靠的斷開。
    生產溫度保險絲的企業實行現代化管理，通過 ISO9001 ： 2000 質量體系認證。全面質量管理，嚴把每一道生產工序，產品的合格率及安全使用、可靠性提高到一個新的要求。
    在傳統的溫度保險絲抽樣監測數據記錄多是采用人工記錄，在溫度達到溫度保險上*斷開溫度保險絲電路，在實際應用中起到保護電器設備的安全使用。由于采用了手工檢驗操作，大量的數據繁重的勞動量，，在手工記錄數據的誤差大，大量的數據缺乏準確性，實時數據所產生的延誤性無法估計，數據庫難以自動建立，無法進行數據傳遞，及查詢。為滿足產品質量檢驗的要求開發出【溫度保險絲動作檢測儀】連接電腦用計算機軟件來記錄數據瞬間斷點的溫度，保證數據的準確性，實現數據庫自動生成方便查詢。為此我們專門開發此套系統來滿足客戶的需求請索取資料。             

系統架構圖

二、控制方案
    硬件要求 ：
    在有攪拌的加熱油鍋內放置40個溫度保險絲，用 測試夾具及上料夾具模板設計工位40個（可按用戶要求＞40）元件同時裝夾。元件由上下兩電極夾持，處于懸空狀態，測試前將元件依次裝到模板上的元件定位槽中，然后裝到測試夾具中，滲入加熱油鍋內開始加溫。油鍋采用AI-708PFK5L2L2S程序儀表用可控硅控制電熱絲程序升溫，每個溫度開關采用10路開關量輸入模塊AI-3011D5模塊。如圖是【溫度保險絲動作檢測儀】組合示意圖。  

三、控制要求：
    在加熱油鍋內放置40個溫度開關，鍋內的溫度從50℃向300℃不斷升溫1℃/分鐘，當溫度開關斷開時記錄每個斷點的溫度。在軟件輸入產品型號、批號可查詢記錄，程序控溫結束及時計算區分出產品的合格與不合格品。
    測試系統組成：
1．攪拌的加熱油鍋測試夾具及上料夾具模板
2．油鍋采用AI-708PFK5L2L2S程序儀表控制升溫。
3．每個溫度開關采用10路開關量輸入模塊AI-3011D5模塊型
4．編制軟件，在軟件上設置升溫曲線，滿足各類產品的需要。
5．當溫度開關斷開時軟件記錄該溫度點，斷點全部記錄時間控制在250mS內。
6．斷點溫度顯示要用顏色來區分合格與不合格。
7．軟件上有輸入批號/產品型號后才可以開始，開始記錄、保持記錄。
8．輸入相應的批號/可查詢對應的記錄數據。

四、應用軟件制作：
    本系統采用宇電AIFCS組態軟件經過二次開發而成的軟件產品，用戶無需系統組態，直接安裝即可使用。該軟件與宇光儀表配套使用共同構成儀表總線系統，本工程與該軟件配套的儀表型號有AI－708PFK5L2L2S、 AI－3011D5模塊。組態軟件采用下位機、上位機二層結構體系，所有的控制信息與數據信息都在其上位機上統一管理、分配。在上位機上，可對工業現場連接的所有儀表進行的監控、數據采集。
    系統啟動后，首先要進行登錄，只有在正常登錄的情況下才能啟動數據采集系統，如果密碼和用戶名不符將退出系統。初始沒有密碼，按確定即可進入系統。點擊或者等待10秒系統進入溫度采集主畫面如下：
    在菜單上點擊登錄可以進行用戶切換。
    主畫面上面為溫度的實時曲線，實時曲線的縱坐標可以根據需要在20-300之間進行設定。當測量溫度的AI-708P儀表與上位機通訊中斷時，畫面上會顯示紅色的“708P儀表通訊中斷”字樣。
    中間是各個測量點所記錄的溫度,只有在把型號和批號都輸入后才顯示“開始記錄”和“保存記錄”，當按下“開始記錄”時，該命令按扭變紅色，如果再次單擊該按扭會跳出一提示對話框。                                                             

    選擇“是” 則保存當前的數據，點擊“否”則不保存數據重新開始記錄；系統就會開始工作。當溫度開關斷開時，系統就會分別記錄此時對應的溫度。當用戶需要保存的時候，輸入批號，按下“保存記錄” 鍵就可以進行保存，同時所記錄的數據被清零，開始下一組數據的記錄。在同組數據中zui小的顯示為綠色，zui大顯示為紅色，中間的顯示為黑色
    當AI-3011D5模塊與上位機通訊中斷時，相對應測量點的字符會變成紅色顯示。
主畫面下方是數據查詢，輸入相對應的批號或型號，按下“查詢”即可顯示對應批號的記錄數據，時間的設定，該系統時間是采用PC機的系統時間，如要調整，只需調整PC機的時間即可，數據以ACCESS數據庫格式保存在程序安裝目錄下。

五、儀表的應用與調試：
    溫度程序控制儀表AI-708PFK5L2L2S增強型智能調節器 ，單相移相觸發可控硅輸出控制油溫調節。每個溫度保險絲開關采用AI-3011D5模塊10路開關量輸入模塊。
A、溫度程序控制儀表
AI-708PFK5L2L2S增強型智能調節器 ，單向移相觸發控制。
    溫度程序調試方式：自動自整定
    在使用過程中AI調節器 結合PID調節、自學習及模糊控制技術，由于自整定執行時采用位式調節，經2~3次振蕩后，儀表內部微處理器根據位式控制產生的振蕩，分析其周期、幅度及波型來自動計算出M 5、P、t等控制參數。
    模塊K5單向移相觸發、模塊L2開關量報警輸出、模塊S通訊RS485通訊       
    1、程序設置：
    程序曲線的編排；程序調節器可用于按一定時間規律自動改變給定值進行控制的場合。具有50段程序編程功能，可設置任意大小的給定值升、降斜率；具有跳轉（目標段只限于前30段）、運行、暫停及停止等可編程/可操作命令，可在程序控制運行中修改程序；具有二路事件輸出功能。可通過報警輸出控制其他設備聯鎖動作，進一步提高設備自動化能力；具有停電處理模式、測量值啟動功能及準備功能，使程序執行更有效率及更完善。
    2、自整定調試方法：
    ①設置升降溫程序：溫度程序控制器AI-708PFK5L2L2S對油溫按溫度－時間－溫度的格式來程序升降溫。
    ②在使用過程中首先要自整定：請把*段溫度設置改一下！油箱使用的zui高溫度，啟動運行。按自整定按鈕（或CtrL設置為2）出現“At”字樣，自整定成功結束后，會將參數CtrL 設置為3（出廠時為1）或4 。由于自整定執行時采用位式調節，經2~3次振蕩后，儀表內部微處理器根據位式控制產生的振蕩，分析其周期、幅度及波型來自動計算出M 5、P、t等控制參數。
    目前AI儀表自整定采用的是AI人工智能調節算法是采用模糊規則進行PID調節的一種新型算法，在誤差大時，運用模糊算法調節，以消除PID飽和積分現象，當誤差趨小時，采用改進后的PID算法進行調節，并能在調節中自動學習和記憶被控對象的部分特征以使效果*化。具有無超調、高精度、參數確定簡單、對復雜對象也能獲得較好的控制效果等特點。在使用過程中AI調節器 結合PID調節、自學習及模糊控制技術，實現了自整定/自適應功能及無欠調的調節，性能遠優于傳統PID調節器。
    ③當曲線擬合出現PV值跟不上程序設定曲線SV值時，可采用曲線擬合技術：曲線擬合是AI-708P型儀表采用的一種控制技術，由于控制對象通常具有時間滯后的特點，所以儀表對線性升、降溫及恒溫曲線在折點處自動平滑化，平滑程度與系統的滯后時間參數t有關，t越大，則平滑程度也越大，反之越小。控制對象的滯后時間（如熱慣性）越小，則程序控制效果越好。按曲線擬合方式處理程序曲線，可以避免出現超調現象。注意：曲線擬和的特性使程序控制在線性程序升溫時產生固定的負偏差，在線性降溫時產生固定的正偏差，該偏差值大小與滯后時間（t）和升（降）溫速率成正比。這是正常的現象。
B、開關量輸入模塊：溫度保險絲
    【溫度保險絲動作檢測儀】10個溫度保險絲開關采用AI-3011D5模塊10路開關量輸入模塊。宇電生產的AI-3011D5模塊是一種用于在計算機控制系統中作為開關量輸入輸出的接口，它采用RS485與計算機通訊，可為計算機監控系統提供廉價而高可靠性的開關量輸入輸出，在計算機監控系統的實際應用中可替代部分PLC的功能，同時也使對各種開關量的控制更簡單方便靈活，提高整個系統的性價比。開關量輸入除了可以輸入開關狀態外，還可以“捕獲”4路斷開至接通的跳變，以適應按鈕開關的輸入。
    AI-3011D5模塊zui多支持10個I/O點，實現對開關量信號輸入的功能。其中13（A）－14（B） 是RS485于計算機通訊；其它端子COM為公共端D0/D1/D2/D3/D4與D5/D6/D7/D7/D9都安裝開關量輸入連接溫度保險絲，當溫度上升過程中保險絲斷開，軟件就“捕獲”斷點的溫度，可同時檢測40 個溫度開關，大大縮短了抽檢時間，并制成與溫度關系的報表保存，應用方便。
C、加熱控制柜:
    ①油槽控溫儀表的選擇要根據控制的要求：定點控制還是升降溫程序控制、控溫范圍、測量精度要求來確定。【溫度保險絲動作檢測儀】是升降溫程序控制，根據物料的要求選擇儀表的主機型號：AI-708PFK5L2L2S溫度程序控制器
    ②控制方式的選擇：采用過零還是移相，是根據控制對象對控制精度的要求、溫度范圍所選擇。采用過零控制，缺點是電流波動比較大，特別是大功率的加熱元件；從保護延長電阻絲的壽命的目的出發可采用移相觸發控制。加熱元件的選擇：對于低溫加熱采用電阻絲管狀加熱管，加散熱片。
    ③控制柜型號輸出模塊分析：
AI-708PFK5L2L2S－2D1
AI-708PF升降溫程序控制儀表主機型號、外形48*96mm；
K5“燒不壞”型單路可控硅移相觸發輸出模塊（適用220VAC）；
L1 繼電器觸點開關輸出模塊（適合報警控制輸出）；
S 光電隔離RS485通訊接口模塊；
－2單相可控硅；
D1報警斷電保護選件；
    ④可控硅的選擇：
    根據負載接線方式的不同：單相可控硅反并聯全控型電路；
    根據加熱元件的特性，合理選擇可控硅功率的型號。功率的大小對保護可控硅有著很重要的作用。可控硅的電流簡單計算方法：加熱元件為電阻絲；2KW÷220V＝9A×3倍＝27A≈2；對于大容量的負載建議乘3.5倍。
    4）晶閘管交流開關模塊的過流保護：
    晶閘管元件的電壓和電流過載能力極差，尤其是耐壓能力，瞬時的過壓就會造成元件*性的損壞。為了使元件能長期可靠地運行，必須針對過壓和過電流發生的原因采取保護措施。
 過流保護可以采用外接S型快速熔斷器 ，快速熔斷器的動作時間要求在10ms以內，快速熔斷器的選用原則：它的額定電壓應略大于電路的正常工作電壓，，如380V電壓選500V的快熔；它的額定電流應按它所保護器件實際通過的電流（即根據負載的額定功率計算出模塊交流 輸入端每相的有效電流）來選配，而不是根據器件的標稱額定電流值來選配快速熔斷器。
    5）模塊過電壓保護：
    一般采用阻容吸收和壓敏電阻兩種方式并用，對于吸收時間短，電壓不高的過壓，一般采用在器件兩端并聯阻容吸收回路的方法，吸收電容把過電壓的電磁能量變成靜電能量存貯，吸收電阻除可防止回路振蕩外，還可限制關斷的晶閘管在再次導通時，電容向晶閘管放電產生開通損耗和較大di/dt值，對于持續時間較長，產生能量較大的過電壓，如雷擊引起的過電壓，將采用壓敏電阻來吸收過電壓。
 元器件選擇：在選取壓敏電阻時，首先要確定它的標稱電壓（ViMA ）值 ，這是指壓敏電阻流過1mA電流時，它兩端的電壓。在感應到電網波動以及安全系數后，一般380V電源采用1000V；220V電源采用630V的壓敏電阻。而壓敏電阻的通流容量 應大于電路實際浪涌電流值，一般為3～15KA。常用規格：單相過零40A以上壓敏電阻20D751K 750V；移相采用RC阻容模塊壓敏電阻20D751K,水泥電阻RX27-1/8W/6.8Ω，電容0.22uF/ 275V ～iv高壓電容。
    6）斷偶超溫報警缺相保護：
    在超溫報警時控制交流接觸器切斷加熱器電源。即使萬一可控硅被擊穿也能保護電爐安全。AI系列控制柜與具備同等功能的電爐控制柜相比，AI系列具有zui簡單的線路及模塊化的結構，從維護到擴充功能都十分方便。

六、【溫度保險絲動作檢測儀】設備的安裝及使用
    設備安裝前應將電加熱【溫度保險絲動作檢測儀】放在平整的工作臺上,*行外觀的檢查:外觀應無破損,儀表外觀應完整,導線絕緣應良好,插頭應完好,電源開關按動靈活。每臺設備有單相、三相的區別。   單相供電的電源線配單相三極插頭,插頭的zui上方的電極為接地極,用戶使用時必須使用單相三極的電源插座,電源插座的接地極上應有可靠的地線.采用單相三芯橡膠線,每根線上均有接線標記,按標記分別接上刀閘或空氣開關中的相線、零線、地線。應接刀閘開關或空氣開關，外殼應有可靠的保護接地或保護接零。
    1、【溫度保險絲動作檢測儀】不需特殊安裝,只需平放在室內地面或臺架上。控制器應放在工作臺上,工作臺面的傾斜度不得超過5度.控制器離電爐zui小距離不得少于0.5米.控制器不宜放在加熱油鍋上面,以免影響控制器正常工作；
    2、控制器及電爐相連的電源線,開關及熔斷器的負載能力應稍大于電爐的額定功率，控制器與電爐的連接應參照接線圖進行連接，連接導線根據電爐功率大小選用不同截面面積的導線。例：控制4KW電爐，其電源進線及電爐控制導線應選用不小于6mm2的銅芯導線，行程開關的導線應選用不小于1 mm2的銅芯導線。并且在溫度控制器與加熱油鍋的外殼上做可靠的保護接地或保護接零。以保證人身及設備的安全。應定期檢查各儀表顯示是否正常，各連接點的接線是否完好可靠，定期檢查各接點螺絲是否松動，如有松動應重新緊固，應保持各電氣接點接觸良好；【注意:電源的相-與中線不可接反】，為了操作安全，控制器和電油爐均需可靠接地；
    3、當加熱油鍋*次使用或長期停用后再次使用時，必須進行烘爐。其過程如下：使用完畢,首先將控制面板上的鈕子開關拔向關的位置，然后切斷總電源開關；
    4、宇電AI系列可控硅控制柜的各項技術指標出廠前均經過實際運行檢驗，電油爐溫度控制器工作中發生異常現象，應及時檢查、維修，定期檢查各部分接線是否有松動，交流接觸器的觸頭是否良好，出現故障應及時如果不能準確判斷故障可與本公司技術部門；
    5、控制器應放在干子通風良好，無腐蝕性氣體的地方，工作環境溫度為-10-50℃，相對濕度不大于85%；為保證測量準確,每年應用直流電位差計校對AI溫度控制儀的測溫表,以免引起較大誤差；

七、【溫度保險絲動作檢測儀】的使用
    1、檢查接線無誤后即可通電，首先合上電源開關，然后將控制器面板上的鈕子開關拔向開的位置，調節設定按鈕,把溫度設定到您所需要的度數上，溫度控制儀表顯示的數值是當前工作油池的溫度值。放入保險絲測試盤開啟攪拌開關，電機開始運轉，油液開始循環，啟動程序加熱按鍵（注：可設置兩檔加熱開關，100度以下時可以只開一檔，以減小熱慣性的影響），加熱器開始加熱，工作室內的溫度開始上升。
    2、按照所需要的工作溫度進行溫度的設定，此時溫控儀表的OP1燈亮，電加熱油鍋開始加熱，當工作室內的溫度升至設定溫度時,溫控儀表的OP1燈開始交替亮滅，進入P I D控制階段→直到恒溫。此狀態過后進入常規的測量值/設定值顯示，并投入控制運行。用戶根據工作溫度進行溫度的設定；電油爐通電，溫度隨爐內溫度升高而徐徐上升，說明工作正常。當溫度上升至設定的所需要溫度時,紅燈滅（NO），綠燈亮（YES）,電爐自動斷電，停止升溫。稍后，當爐內溫度稍微下降，綠燈滅,紅燈亮，電爐又自動通電。周而復始，達到自動控制爐內溫度的目的；實驗工作結束后，關閉電源開關，切斷設備電源；
    3、使用和注意： 1、【溫度保險絲動作檢測儀】應在室內工作，并安裝平穩。 2、電源輸入應裝置的前級通斷開關，并接妥良好地線。 3、必須檢查電源、電壓、電源接線無誤后，方可通電使用。
    4、儀表控溫的熱敏元件探頭應從正面保險絲接線盤中間測溫孔中插入工作室內，插入中心孔長度要短，以免影響攪拌使用。
    5、本干燥箱初次使用時，應請勤加以觀察，避免在自整定時超溫過熱烘壞工件，造成損失。
    6、使用如感到熱慣稍大時，可關閉一組加熱器以降低發熱功率，防止慣性過大造成超溫。
    7、取入保險絲盤要關閉加熱原件供電，避免傳感器接觸外部冷空氣造成過度加熱。8、油箱切忌烘烤易爆，易燃及揮發性的物品，以防爆炸。
    8、如遇故障，請專業電工檢修。 

 八、結束語
    宇電可控硅電爐控制柜AI系列儀表具備優良的測量和控制性能，特別適合裝配高性能的可控硅電爐溫度控制柜，由于采用模塊化結構，為電爐控制柜設計帶來的方便。例如其輸出可配用具備“燒不壞”特性的可控硅觸發模塊，能直接用時間比例過零、周波過零或移相方式觸發各種單向、雙向可控硅及功率模塊，節省了可控硅周波調功器或移相調功器，不僅降低成本，而且簡化安裝并提高可靠性。報警輸出可選用繼電器觸點開關或可控硅無觸點開關，在超溫報警時控制交流接觸器切斷加熱器電源，即使萬一可控硅被擊穿也能保護電爐安全。可選裝的RS485通訊接口能方便地與計算機聯機工作。與具備同等功能的電爐控制柜相比，AI系列具有zui簡單的線路及模塊化的結構，從維護到擴充功能都十分方便。    宇電在可控硅電爐控制柜的設計和制造方面擁有多年的豐富經驗，可提供1－100A的單相2-500A的三相規格，對單相1、2、40A；三相：2、40A等規格備有現貨提供，5-500A可定制，典型控制精度高達±0.2℃－±0.5℃。此外還提供于晶體生長的溫度控制柜，經過特別優化改良，其使用溫度范圍為0-1100℃（用S分度熱電偶），控制精度±0.1℃,溫度漂移在環境溫度變化小于±0.5℃時，小于±0.2℃，是目前精度及穩定性zui高的溫度控制器。從96年至今已售出10000多套控制柜，可控硅或儀表累積少于千分之三的返修率。
    主要特點 ●  外殼采用冷扎板精密沖壓成型、外表噴塑處理，具有美觀、輕巧的優點。●  可選過零觸發或移相觸發方式，采用過零觸發方式時，對電源電網的高頻干擾很小。●  有多種儀表規格可供選裝，常用有AI-708P型、帶手動調節功能的AI-808型及帶程序控制功能的AI-808P型等儀表●  可提供電機控制、報警斷電控制等附加功能。●  除非客戶，控制可控硅除單相1規格采用ST（意法半導體）公司的40A雙向可控硅外，其余均采用德國IXYS公司功率模塊；交流接觸器、空氣開關、熱繼電器、指示燈、按鈕開關等均采用上海施耐德（TE）公司產品。      
    【溫度保險絲動作檢測儀】溫度程序控制器對油溫按溫度－時間－溫度的格式來程序升溫，溫度平穩上升，攪拌油鍋同時也確保每個工位的測試溫度條件*相同。由于采用測試夾具和模板上料，工位數大大提高，提高了測試效率，也降低了產品受損傷的幾率。本系統具有自動化程度高，測試過程無需人員監守，測試完畢自動停止并自動保持顯示被擊穿溫度保險絲元件的工位號。軟件及時記錄數據建立了數據庫，方便查詢記錄數據。如對技術問題不清楚的請來索取資料。
    【溫度保險絲動作檢測儀】的出現使原來需要手工測試，且工位數較少，現在滿足大規模的老化測試要求。測試儀制造采用模塊化設計，系統的制造成本也下降了約50%，為測試儀的推廣應用創造了有利的條件。測試提供多方面的手段。多工位老化特性測試儀的研制正是為解決這一問題而專門設計的，對同批次不同工藝樣品或不同批次樣品同時進行測量，便于分析