宇电应用AI测控系统【温度保险丝动作检测仪】

【温度保险丝动作检测仪】应用AI测控系统

来源：厦门宇电自动化科技有限公司 开发部 邵平

关键词：温度保险丝、程序控温、开关量输入模块、计算机软件、

一、概述
   目前温度保险丝已广泛应用于工业电子设备、通讯和家用电器产品中， 如：电熨斗、热电吹风机、电热炉、微波炉、冰箱、电饭煲、电暖壶、咖啡壶、三明治炉、电动机等小家电,作过热保护。
   温度保险丝额定电流从0.5A到25A产品。为通过安规测试，保障消费者人身和财产安全，典型的方法是增加一个温度保险丝，其动作温度高于限温器的控制温度，在异常过热或限温器失效的情况下，能够安全可靠的断开。
   生产温度保险丝的企业实行现代化管理，通过 ISO9001 ： 2000 质量体系认证。全面质量管理，严把每一道生产工序，产品的合格率及安全使用、可靠性提高到一个新的要求。
   在传统的温度保险丝抽样监测数据记录多是采用人工记录，在温度达到温度保险上限时断开温度保险丝电路，在实际应用中起到保护电器设备的安全使用。由于采用了手工检验操作，大量的数据繁重的劳动量，，在手工记录数据的误差大，大量的数据缺乏准确性，实时数据所产生的延误性无法估计，数据库难以自动建立，无法进行数据传递，及查询。为满足产品质量检验的要求开发出【温度保险丝动作检测仪】连接电脑用计算机软件来记录数据瞬间断点的温度，保证数据的准确性，实现数据库自动生成方便查询。为此我们专门开发此套系统来满足客户的需求请联系索取资料。

系统架构图

 

二、控制方案
   硬件要求 ：
   在有搅拌的加热油锅内放置40个温度保险丝，用 测试夹具及上料夹具模板设计工位40个(可按用户要求＞40)元件同时装夹。元件由上下两电极夹持，处于悬空状态，测试前将元件依次装到模板上的元件定位槽中，然后装到测试夹具中，渗入加热油锅内开始加温。油锅采用AI-708PFK5L2L2S程序仪表用可控硅控制电热丝程序升温，每个温度开关采用10路开关量输入模块AI-3011D5模块。如图是【温度保险丝动作检测仪】组合示意图。

 

 

三、控制要求：
   在加热油锅内放置40个温度开关，锅内的温度从50℃向300℃不断升温1℃/分钟，当温度开关断开时记录每个断点的温度。在软件输入产品型号、批号可查询记录，程序控温结束及时计算区分出产品的合格与不合格品。
   测试系统组成：
1．搅拌的加热油锅测试夹具及上料夹具模板
2．油锅采用AI-708PFK5L2L2S程序仪表控制升温。
3．每个温度开关采用10路开关量输入模块AI-3011D5模块型
4．编制专用软件，在软件上设置升温曲线，满足各类产品的需要。
5．当温度开关断开时软件记录该温度点，断点全部记录时间控制在250mS内。
6．断点温度显示要用颜色来区分合格与不合格。
7．软件上有输入批号/产品型号后才可以开始，开始记录、保持记录。
8．输入相应的批号/可查询对应的记录数据。

四、应用软件制作：
   本系统采用宇电AIFCS组态软件经过二次开发而成的软件产品，用户无需系统组态，直接安装即可使用。该软件与宇光仪表配套使用共同构成仪表总线系统，本工程与该软件配套的仪表型号有AI－708PFK5L2L2S、 AI－3011D5模块。组态软件采用下位机、上位机二层结构体系，所有的控制信息与数据信息都在其上位机上统一管理、分配。在上位机上，可对工业现场连接的所有仪表进行全方位的监控、数据采集。
   系统启动后，首先要进行登录，只有在正常登录的情况下才能启动数据采集系统，如果密码和用户名不符将退出系统。初始没有密码，按确定即可进入系统。点击或者等待10秒系统进入温度采集主画面如下：
   在菜单上点击登录可以进行用户切换。
   主画面上面为温度的实时曲线，实时曲线的纵坐标可以根据需要在20-300之间进行设定。当测量温度的AI-708P仪表与上位机通讯中断时，画面上会显示红色的“708P仪表通讯中断”字样。
   中间是各个测量点所记录的温度,只有在把型号和批号都输入后才显示“开始记录”和“保存记录”，当按下“开始记录”时，该命令按扭变红色，如果再次单击该按扭会跳出一提示对话框。

选择“是” 则保存当前的数据，点击“否”则不保存数据重新开始记录；系统就会开始工作。当温度开关断开时，系统就会分别记录此时对应的温度。当用户需要保存的时候，输入批号，按下“保存记录” 键就可以进行保存，同时所记录的数据被清零，开始下一组数据的记录。在同组数据中小数的显示为绿色，大数显示为红色，中间的显示为黑色
   当AI-3011D5模块与上位机通讯中断时，相对应测量点的字符会变成红色显示。
主画面下方是数据查询，输入相对应的批号或型号，按下“查询”即可显示对应批号的记录数据，时间的设定，该系统时间是采用PC机的系统时间，如要调整，只需调整PC机的时间即可，数据以ACCESS数据库格式保存在程序安装目录下。

五、仪表的应用与调试：
   温度程序控制仪表AI-708PFK5L2L2S增强型智能调节器 ，单相移相触发可控硅输出控制油温调节。每个温度保险丝开关采用AI-3011D5模块10路开关量输入模块。
A、温度程序控制仪表
AI-708PFK5L2L2S增强型智能调节器 ，单向移相触发控制。
   温度程序调试方式：自动自整定
   在使用过程中AI调节器 结合PID调节、自学习及模糊控制技术，由于自整定执行时采用位式调节，经2~3次振荡后，仪表内部微处理器根据位式控制产生的振荡，分析其周期、幅度及波型来自动计算出M 5、P、t等控制参数。
   模块K5单向移相触发、模块L2开关量报警输出、模块S通讯RS485通讯        
   1、程序设置：
   程序曲线的编排；程序调节器可用于按一定时间规律自动改变给定值进行控制的场合。具有50段程序编程功能，可设置任意大小的给定值升、降斜率；具有跳转（目标段只限于前30段）、运行、暂停及停止等可编程/可操作命令，可在程序控制运行中修改程序；具有二路事件输出功能。可通过报警输出控制其他设备联锁动作，进一步提高设备自动化能力；具有停电处理模式、测量值启动功能及准备功能，使程序执行更有效率及更完善。
   2、自整定调试方法： 
   ①设置升降温程序：温度程序控制器AI-708PFK5L2L2S对油温按温度－时间－温度的格式来程序升降温。
   ②在使用过程中首先要自整定：请把第1段温度设置改一下！油箱使用的温度上限，启动运行。按自整定按钮（或CtrL设置为2）出现“At”字样，自整定成功结束后，会将参数CtrL 设置为3（出厂时为1）或4 。由于自整定执行时采用位式调节，经2~3次振荡后，仪表内部微处理器根据位式控制产生的振荡，分析其周期、幅度及波型来自动计算出M 5、P、t等控制参数。
   目前AI仪表自整定采用的是AI人工智能调节算法是采用模糊规则进行PID调节的一种新型算法，在误差大时，运用模糊算法调节，以消除PID饱和积分现象，当误差趋小时，采用改进后的PID算法进行调节，并能在调节中自动学习和记忆被控对象的部分特征以使效果更优化。具有无超调、高精度、参数确定简单、对复杂对象也能获得较好的控制效果等特点。在使用过程中AI调节器 结合PID调节、自学习及模糊控制技术，实现了自整定/自适应功能及无欠调的精确调节，性能远优于传统PID调节器。
   ③当曲线拟合出现PV值跟不上程序设定曲线SV值时，可采用曲线拟合技术：曲线拟合是AI-708P型仪表采用的一种控制技术，由于控制对象通常具有时间滞后的特点，所以仪表对线性升、降温及恒温曲线在折点处自动平滑化，平滑程度与系统的滞后时间参数t有关，t越大，则平滑程度也越大，反之越小。控制对象的滞后时间(如热惯性)越小，则程序控制效果越好。按曲线拟合方式处理程序曲线，可以避免出现超调现象。注意：曲线拟和的特性使程序控制在线性程序升温时产生固定的负偏差，在线性降温时产生固定的正偏差，该偏差值大小与滞后时间（t）和升（降）温速率成正比。这是正常的现象。
B、开关量输入模块：温度保险丝
   【温度保险丝动作检测仪】10个温度保险丝开关采用AI-3011D5模块10路开关量输入模块。宇电生产的AI-3011D5模块是一种用于在计算机控制系统中作为开关量输入输出的接口，它采用RS485与计算机通讯，可为计算机监控系统提供廉价而高可靠性的开关量输入输出，在计算机监控系统的实际应用中可替代部分PLC的功能，同时也使对各种开关量的控制更简单方便灵活，提高整个系统的性价比。开关量输入除了可以输入开关状态外，还可以“捕获”4路断开至接通的跳变，以适应按钮开关的输入。
   AI-3011D5模块可多支持10个I/O点，实现对开关量信号输入的功能。其中13（A）－14(B) 是RS485于计算机通讯；其它端子COM为公共端D0/D1/D2/D3/D4与D5/D6/D7/D7/D9都安装开关量输入连接温度保险丝，当温度上升过程中保险丝断开，软件就“捕获”断点的温度，可同时检测40 个温度开关，大大缩短了抽检时间，并制成与温度关系的报表保存，应用方便。
C、加热控制柜:
   ①油槽控温仪表的选择要根据控制的要求：定点控制还是升降温程序控制、控温范围、测量精度要求来确定。【温度保险丝动作检测仪】是升降温程序控制，根据物料的要求选择仪表的主机型号：AI-708PFK5L2L2S温度程序控制器
   ②控制方式的选择：采用过零还是移相，是根据控制对象对控制精度的要求、温度范围所选择。采用过零控制，缺点是电流波动比较大，特别是大功率的加热元件；从保护延长电阻丝的寿命的目的出发可采用移相触发控制。加热元件的选择：对于低温加热采用电阻丝管状加热管，加散热片。
   ③控制柜型号输出模块分析：
AI-708PFK5L2L2S－25AD1
AI-708PF升降温程序控制仪表主机型号、外形48*96mm；
K5“烧不坏”型单路可控硅移相触发输出模块（适用220VAC）；
L1 继电器触点开关输出模块（适合报警控制输出）；
S 光电隔离RS485通讯接口模块；
－25A单相可控硅；
D1报警断电保护选件；
   ④可控硅的选择：
   根据负载接线方式的不同：单相可控硅反并联全控型电路；
   根据加热元件的特性，合理选择可控硅功率的型号。功率的大小对保护可控硅有着很重要的作用。可控硅的电流简单计算方法：加热元件为电阻丝；2KW÷220V＝9A×3倍＝27A≈25A；对于大容量的负载建议乘3.5倍。
   4）晶闸管交流开关模块的过流保护：
   晶闸管元件的电压和电流过载能力极差，尤其是耐压能力，瞬时的过压就会造成元件永久性的损坏。为了使元件能长期可靠地运行，必须针对过压和过电流发生的原因采取保护措施。
过流保护可以采用外接S型快速熔断器 ，快速熔断器的动作时间要求在10ms以内，快速熔断器的选用原则：它的额定电压应略大于电路的正常工作电压，，如380V电压选500V的快熔；它的额定电流应按它所保护器件实际通过的电流（即根据负载的额定功率计算出模块交流 输入端每相的有效电流）来选配，而不是根据器件的标称额定电流值来选配快速熔断器。 
   5）模块过电压保护：
   一般采用阻容吸收和压敏电阻两种方式并用，对于吸收时间短，电压不高的过压，一般采用在器件两端并联阻容吸收回路的方法，吸收电容把过电压的电磁能量变成静电能量存贮，吸收电阻除可防止回路振荡外，还可限制关断的晶闸管在再次导通时，电容向晶闸管放电产生开通损耗和较大di/dt值，对于持续时间较长，产生能量较大的过电压，如雷击引起的过电压，将采用压敏电阻来吸收过电压。
元器件选择：在选取压敏电阻时，首先要确定它的标称电压（ViMA ）值 ，这是指压敏电阻流过1mA电流时，它两端的电压。在感应到电网波动以及安全系数后，一般380V电源采用1000V；220V电源采用630V的压敏电阻。而压敏电阻的通流容量 应大于电路实际浪涌电流值，一般为3～15KA。常用规格：单相过零40A以上压敏电阻20D751K 750V；移相采用RC阻容模块压敏电阻20D751K,水泥电阻RX27-1/8W/6.8Ω，电容0.22uF/ 275V ～iv高压电容。
   6）断偶超温报警缺相保护：
   在超温报警时控制交流接触器切断加热器电源。即使万一可控硅被击穿也能保护电炉安全。AI系列控制柜与具备同等功能的电炉控制柜相比，AI系列具有简单的线路及模块化的结构，从维护到扩充功能都十分方便。

六、【温度保险丝动作检测仪】设备的安装及使用
   设备安装前应将电加热【温度保险丝动作检测仪】放在平整的工作台上,先进行外观的检查:外观应无破损,仪表外观应完整,导线绝缘应良好,插头应完好,电源开关按动灵活。每台设备有单相、三相的区别。   单相供电的电源线配单相三极插头,插头的上方的电极为接地极,用户使用时必须使用单相三极的电源插座,电源插座的接地极上应有可靠的地线.采用单相三芯橡胶线,每根线上均有接线标记,按标记分别接上刀闸或空气开关中的相线、零线、地线。应接专用刀闸开关或空气开关，外壳应有可靠的保护接地或保护接零。
   1、【温度保险丝动作检测仪】不需特殊安装,只需平放在室内地面或台架上。控制器应放在工作台上,工作台面的倾斜度不得超过5度.控制器离电炉距离不得少于0.5米.控制器不宜放在加热油锅上面,以免影响控制器正常工作；
   2、控制器及电炉相连的电源线,开关及熔断器的负载能力应稍大于电炉的额定功率，控制器与电炉的连接应参照接线图进行连接，连接导线根据电炉功率大小选用不同截面面积的导线。例：控制4KW电炉，其电源进线及电炉控制导线应选用不小于6mm2的铜芯导线，行程开关的导线应选用不小于1 mm2的铜芯导线。并且在温度控制器与加热油锅的外壳上做可靠的保护接地或保护接零。以保证人身及设备的安全。应定期检查各仪表显示是否正常，各连接点的接线是否完好可靠，定期检查各接点螺丝是否松动，如有松动应重新紧固，应保持各电气接点接触良好；【注意:电源的相-与中线不可接反】，为了操作安全，控制器和电油炉均需可靠接地；
   3、当加热油锅第1次使用或长期停用后再次使用时，必须进行烘炉。其过程如下：使用完毕,首先将控制面板上的钮子开关拔向关的位置，然后切断总电源开关；
   4、宇电AI系列可控硅控制柜的各项技术指标出厂前均经过实际运行检验，电油炉温度控制器工作中发生异常现象，应及时检查、维修，定期检查各部分接线是否有松动，交流接触器的触头是否良好，出现故障应及时如果不能准确判断故障可与本公司技术部门联系；
   5、控制器应放在干子通风良好，无腐蚀性气体的地方，工作环境温度为-10-50℃，相对湿度不大于85%；为保证测量准确,每年应用直流电位差计校对AI温度控制仪的测温表,以免引起较大误差；

七、【温度保险丝动作检测仪】的使用
   1、检查接线无误后即可通电，首先合上电源开关，然后将控制器面板上的钮子开关拔向开的位置，调节设定按钮,把温度设定到您所需要的度数上，温度控制仪表显示的数值是当前工作油池的温度值。放入保险丝测试盘开启搅拌开关，电机开始运转，油液开始循环，启动程序加热按键（注：可设置两档加热开关，100度以下时可以只开一档，以减小热惯性的影响），加热器开始加热，工作室内的温度开始上升。 
   2、按照所需要的工作温度进行温度的设定，此时温控仪表的OP1灯亮，电加热油锅开始加热，当工作室内的温度升至设定温度时,温控仪表的OP1灯开始交替亮灭，进入P I D控制阶段→直到恒温。此状态过后进入常规的测量值/设定值显示，并投入控制运行。用户根据工作温度进行温度的设定；电油炉通电，温度随炉内温度升高而徐徐上升，说明工作正常。当温度上升至设定的所需要温度时,红灯灭(NO)，绿灯亮(YES),电炉自动断电，停止升温。稍后，当炉内温度稍微下降，绿灯灭,红灯亮，电炉又自动通电。周而复始，达到自动控制炉内温度的目的；实验工作结束后，关闭电源开关，切断设备电源；
   3、使用和注意： 1、【温度保险丝动作检测仪】应在室内工作，并安装平稳。 2、电源输入应装置专用的前级通断开关，并接妥良好地线。 3、必须检查电源、电压、电源接线无误后，方可通电使用。
   4、仪表控温的热敏元件探头应从正面保险丝接线盘中间测温孔中插入工作室内，插入中心孔长度要短，以免影响搅拌使用。 
   5、本干燥箱初次使用时，应请勤加以观察，避免在自整定时超温过热烘坏工件，造成损失。
   6、使用如感到热惯稍大时，可关闭一组加热器以降低发热功率，防止惯性过大造成超温。 
   7、取入保险丝盘要关闭加热原件供电，避免传感器接触外部冷空气造成过度加热。8、油箱切忌烘烤易爆，易燃及挥发性的物品，以防爆炸。
   8、如遇故障，请电工检修。

八、结束语
   宇电可控硅电炉控制柜AI系列仪表具备优良的测量和控制性能，特别适合装配高性能的可控硅电炉温度控制柜，由于采用模块化结构，为电炉控制柜设计带来前所未有的方便。例如其输出可配用具备“烧不坏”特性的可控硅触发模块，能直接用时间比例过零、周波过零或移相方式触发各种单向、双向可控硅及功率模块，节省了可控硅周波调功器或移相调功器，不仅降低成本，而且简化安装并提高可靠性。报警输出可选用继电器触点开关或可控硅无触点开关，在超温报警时控制交流接触器切断加热器电源，即使万一可控硅被击穿也能保护电炉安全。可选装的RS485通讯接口能方便地与计算机联机工作。与具备同等功能的电炉控制柜相比，AI系列具有简单的线路及模块化的结构，从维护到扩充功能都十分方便。    宇电在可控硅电炉控制柜的设计和制造方面拥有多年的丰富经验，可提供15A－100A的单相25A-500A的三相规格，对单相15A、25A、40A；三相：25A、40A等规格备有现货提供，55A-500A可定制，典型控制精度高达±0.2℃－±0.5℃。此外还提供专用于晶体生长的温度控制柜，经过特别优化改良，其使用温度范围为0-1100℃(用S分度热电偶)，控制精度±0.1℃,温度漂移在环境温度变化小于±0.5℃时，小于±0.2℃，是目前精度及稳定性较高的温度控制器。从96年至今已售出10000多套控制柜，可控硅或仪表累积少于千分之三的返修率。
   主要特点 ●  外壳采用冷扎板精密冲压成型、外表喷塑处理，具有美观、轻巧的优点。●  可选过零触发或移相触发方式，采用过零触发方式时，对电源电网的高频干扰很小。●  有多种仪表规格可供选装，常用有AI-708P型、带手动调节功能的AI-808型及带程序控制功能的AI-808P型等仪表●  可提供电机控制、报警断电控制等附加功能。●  除非客户指定，控制可控硅除单相15A规格采用ST(意法半导体)公司的40A双向可控硅外，其余均采用德国IXYS公司功率模块；交流接触器、空气开关、热继电器、指示灯、按钮开关等均采用上海施耐德(TE)公司产品。       
   【温度保险丝动作检测仪】温度程序控制器对油温按温度－时间－温度的格式来程序升温，温度平稳上升，搅拌油锅同时也确保每个工位的测试温度条件完全相同。由于采用专用测试夹具和模板上料，工位数大大提高，提高了测试效率，也降低了产品受损伤的几率。本系统具有自动化程度高，测试过程无需人员监守，测试完毕自动停止并自动保持显示被击穿温度保险丝元件的工位号。软件及时记录数据建立了数据库，方便查询记录数据。如对技术问题不清楚的请来电话索取资料。
   【温度保险丝动作检测仪】的出现使原来需要手工测试，且工位数较少，现在满足大规模的老化测试要求。测试仪制造采用模块化设计，系统的制造成本也下降了约50%，为测试仪的推广应用创造了有利的条件。测试提供多方面的手段。多工位老化特性测试仪的研制正是为解决这一问题而专门设计的，对同批次不同工艺样品或不同批次样品同时进行测量，便于分析