基于PT100的温度控制系统

基于PT100的温度控制系统

作者：丘书荣

来源：《科技资讯》2019年第14期

摘 ;要：该文主要介绍了一种电袋复合除尘器的温度控制系统。该系统通过铂热电阻PT100对设备的温度进行采集，处理器根据采集到的温度和预设温度进行比较，继而控制温度调节单元对设备的温度进行调节，温度控制系统主要用于电袋复合除尘器的高压电场绝缘子加热及灰斗加热，确保绝缘子温度，保证不出现结露，防止绝缘子击穿放电;通过对灰斗进行恒温控制，确保灰斗不粘灰，从而保证电袋复合除尘器的正常运行。 关键词：电袋复合除尘器 ;温度控制 ;铂热电阻

中图分类号：TP273 ; 文献标识码：A ; ; ; ; ; 文章编号：1672-3791（2019）05（b）-0038-02

电袋复合除尘器充分发挥静电除尘器和布袋除尘器各自的优势，将前级电除尘和后级袋除尘有机地串联成一体。在除尘过程中，保温箱及灰斗等关键部位的温度直接影响到除尘器能否正常工作。温度过高或过低都会影响电袋复合除尘器的正常运行及除尘效果，因而需要实时对电袋复合除尘器关键设备的温度进行恒温调节，以保证电袋复合除尘器的正常运行。在除尘领域，主要采用铂热电阻Pt100进行温度的采集，其有性能稳定，测量范围大，精度高等优点，因此在除尘行业中得到广泛的运用。该文主要论述了一种基于PT100的温度控制系统的实现方法及原理。

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1 ;温度控制原理

温度控制系统主要用于实现温度的采集及恒温控制，其余为辅助功能。主要功能由温度采集回路、温度调节单元及处理器3部分组成。首先利用温度传感器铂热电阻PT100来实现温度采集，由于铂热电阻是電阻式温度传感器，利用其电阻阻值会随着外围环境温度的变化而变化的特性来测量温度，因此测温的本质实际上是测量PT100传感器的电阻，通过将电阻的变化转化成电压或电流等模拟信号，再将模拟信号转化成数字信号，然后由单片机处理得到相应的温度。处理器将采集计算得到的温度值与预设温度值进行比较，以此来确定外部加热回路是否接通，进而实现现场设备的恒温控制。

每一温度控制通道具有一个测温输入，一个控制I/O输出，一个返回I/O输入。当测温达到控制区间上限时，控制输出使光耦不导通，从而使交流接触器断开。当温度达到控制区间下限时，控制输出使光耦接通，从而使交流接触器吸合通电加热。

返回I/O输入逻辑来自交流接触器的辅助触点。当辅助触点与控制输出的逻辑不相符时，产生不对应报警。每一个通道设有报警上限、下限温度。上限温度值必须大于温控区间的上限，下限温度值必须小于温控区间的下限。当温度失灵，温度超过（低于）报警上限（下限）温度时，产生相对应的报警。 2 ;硬件构成

温度控制系统硬件电路主要由温度采集回路、通道选择单元、信号处理单元、串行通信单元、存储器、光耦隔离单元、温度调节单元及处理器组成。其中处理器为核心，其余各块电路单元均为实现不同功能。如图1为温度控制系统硬件组成框图。 2.1 温度采集回路

温度控制系统设置有8个温度采集回路，均采用PT100铂热电阻作为现场温度测量传感器，外接温度传感器的输出端采用三线制接法，可消除导线电阻引起的测量误差，测量精度更高。控制系统内采集电路采用桥式电路，利用桥式电路两侧回路电阻不平衡时产生的电位差来将现场测量到的电阻值转换控制系统为可以识别的电信号。 2.2 通道选择单元

通道选择单元主要是采用八入一出可选通芯片，将8个温度采集回路测得的温度信号通过一个输出通道传送给CPU。主CPU通过轮询方式依次扫描各个采集回路的电信号，方便地实现了多通道温度采集信号的转换。 2.3 信号处理单元

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信号处理单元的主要功能是将测量到的电信号通过程序计算转换为温度信号，还包括对采集到的电信号进行预处理，剔除干扰信号，使得处理后的温度更接近现场实际温度。 2.4 光耦隔离单元

光耦隔离单元主要是用于实现与外部接线时的隔离，起到保护及隔离作用，光耦隔离单元输入端回路为5V电压、导通与否可受CPU控制;输出端回路为24V电压，与外部控制回路连接。

2.5 温度调节单元

温度调节单元主要作用是将测量计算后的温度值与控制值进行比较，若测量值小于控制下限值，则进行加热;若测量值大于控制上限值，则不进行加热，进而实现现场设备的恒温控制。

2.6 辅助单元

辅助单元主要包括串行通信单元及存储器单元，串行通信单元采用标准MODBUS RTU通信，可方便地实现与其他系统如PLC、DCS的通信连接;存储单元用于设置参数的存储，具有掉电保存功能。 3 ;软件系统

软件部分主要基于单片机来设计，实现了AD采集和数据处理的功能，它主要包括AD采集程序和查表程序。AD采集实现了模拟信号向数字信号的转换，然后用查表法得到对应的温度值。由于现场环境存在电磁干扰及电路中存在干扰，当采样时候会有波动信号叠加的情况，导致一些采样结果会出现偏差。为了减小由于信号干扰原因造成的采样误差，在实际采样时测量多个点，然后再通过平均值滤波法，通过程序选择其中偏差较大的一个最大值和一个最小值剔除，再对剩下的采样值求取均值，通过平均法滤波消除干扰后得到的A/D转换结果比较接近实际值。 3.1 参数初始化

在主程序运行前，先读出EEPROM内部各段地址内存储的参数分别赋给对应的变量，供系统运行使用。若读取数据出错将调用默认参数。 3.2 通道选择

温度控制系统具备8路温度检测通道，每个通道经过CPU控制片选回路实现该通道与A/D单元接通，再由CPU采集相应通道电压对应的AD值。

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3.3 温度计算

温度检测放大回路得到的模拟电压信号通过CPU内部集成的12位高精度A/D单元进行模数转换后得到的AD值再经过软件算法的计算得出实际的温度值。 3.4 主回路控制

在运行方式為自动模式下，控制程序依据温度设定值与实时值的比较结果，经DO隔离回路自动控制主回路接触器的通断，并检测开关的到位情况。此外，在强开、强关模式下将强制切换到相应的控制输出状态。 4 ;主要功能 4.1 恒温控制功能

温度控制系统具有8个可配置通道恒温控制功能。在保温箱或电场绝缘子电加热及灰斗电加热等控制中，主回路采用交流接触器控制加热回路的通断，并利用断路器作为回路短路保护。每个加热回路均具有“自动”“手动”“停机”3种控制方式，可实现控制系统自动控制，也可以由现场手动控制。自动控制由温度控制系统控制输出，在“自动”工作方式下，通过触摸屏或上位机可以方便地对控制参数进行设置，从而实现电加热恒温工作。

加热回路采用上、下限区间控制的原理来实现对温度的调节，即当实际测量的温度值低于设置的温度下限值时，电加热开始工作;当实际测量的温度高于设置的温度上限值时，电加热停止工作。实际值与温度设定值的比较判断及通道的接通与断开均由程序自动完成。 4.2 故障报警功能

控制系统具有温度超上限报警、温度超下限报警、铂热电阻断线报警、状态不符报警等功能。

4.3 远程通信功能

控制系统采用RS485/RS422通信方式，具有与上位机（IPC）或液晶微终端通信功能。在上位机或液晶微终端上可对所有参数进行设定与显示，实现集中监控、现场控制。 4.4 自动保存参数，掉电不丢失功能

控制系统采用串行EEPROM数据存储器保存设定的参数，掉电后数据不丢失，并且具有最少为100万次擦写和最少为100年的数据保存期。在系统上有备份EEPROM芯片的数据。 5 ;结语

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该温度控制系统是一种用于温度测量及温度调节的装置，适用于采用电加热的控制回路，特别是电袋复合除尘器电加热系统。其具有控制简单、测温准确、操作方便、成本低廉等特点，同时时能够非常方便地实现与除尘集控系统的以太网通信，并且具有美观大方、简单易用的人性化交互界面。 参考文献

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