灼热丝温度自动控制装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电能表试验装置，尤其涉及灼热丝温度自动控制装置。
【背景技术】
[0002]灼热丝试验装置的作用是根据现实情况尽可能真实的模拟实际发生的效应来进行电工电子产品着火危险试验，其中灼热丝是一个固定规格的电阻丝环，试验时要用电加热到规定的温度。根据国家标准GB/T 5169.10-2006的要求:灼热丝加热到规定的温度后至少恒定60s时间(期间温度变化不超过5K)，之后灼热丝才能接触试验样品。
[0003]目前国内市场中灼热丝试验装置中的温度控制部分多为手动控制，在实际操作过程中主要依赖实验人员的经验人工进行温度调节，整个装置的自动化性能比较差；有时甚至需要多次调解，费时费力。
【发明内容】
[0004]为了解决灼热丝试验装置试验过程中的灼热丝温度自动控制问题，本发明提供了一种灼热丝温度自动控制装置，该装置只需设置灼热丝试验所需求的温度值即可自动完成温度控制过程，操作简单，温度控制精度高；而且具有丰富的通讯接口，兼容性好、可移植性强。
[0005]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:所述的灼热丝温度自动控制装置的控制系统采用分离控制方法:在温度控制的开始阶段，采用温度值和电流值作为反馈的双环PID控制策略(温度环是外环，电流环是内控，温度环的输出是电流环的输入)，此时控制系统中的被控对象为灼热丝的温度值、执行元件为可控硅控制模块、测量元件为温度测量模块和电流测量模块；待温度值稳定后，标定此时的电流值，此后控制系统中不再以温度值作为反馈，控制系统采用电流值作为反馈的单环PID控制策略，此时控制系统中的被控对象为通过灼热丝的电流值、执行元件为可控硅控制模块、测量元件为电流测量模块。
[0006]下面对所述的技术方案进行详细阐述:所述的控制系统的采样时间为0.5s，在温度控制的开始阶段，首先设置所述的温度环和所述的电流环的PID参数，PID参数的设置方法为业内的基本常识，此处不做介绍。接下来设置控制策略的切换标志位f lag_c的值为0，然后进行温度环PID控制策略和电流环PID控制策略的输出计算。温度环PID控制策略的计算公式为:
i = Kp X t(k) + KiX Xt(j) (j=0，l...k) + Kd X [t (k) - t(k-l)]
式中t(k)为第k次测量时所述的温度测量模块所测量的温度值与上位机所设置的试验温度之差，i为温度环的输出，Kp、&和K d分别为温度环PID控制策略的PID参数。
[0007]电流环PID控制策略的计算公式为:
U = Kp1X i(k) + Ki1X Σ i (j) (j=0，l…k) + K； X [i(k) -1(k-l)]
式中i(k)为第k次测量时所述的电流测量模块所测量的电流值与温度环的输出值i之差，u为电流环的输出，Kp^Ki1和K /分别为电流环PID控制策略的PID参数。
[0008]如果所述的温度测量模块测量的温度值和上位机设置的试验温度值之差的绝对值小于1，则控制策略标志位flag_c自加一次，否则flag_c的值置O ;如果flag_c的值大于119，则控制策略切换为单环PID控制策略，并标定此时所述的电流测量模块所测量的电流值1，此时只进行电流环PID控制策略的输出计算，直到控制系统接收到停止信号为止，电流环PID控制策略(单环)的计算公式为:
U = Kp1X i(k) + Ki1X Σ i (j) (j=0，l…k) + K； X [i(k) -1(k-l)]
式中i(k)为第k次测量时所述的电流测量模块所测量的电流值与标定的电流值L之差，u为电流环的输出，Kp^Ki1和K /分别为电流环PID控制策略的PID参数。
[0009]所述的灼热丝温度自动控制装置，它包括单片机模块、温度测量模块、电流测量模块、过零检测模块、可控硅控制模块、时钟模块、存储器模块、RS485模块、RS232模块、网络通讯模块和电源模块，所述的单片机模块的数据交换端分别与所述的温度测量模块、所述的电流测量模块、所述的过零检测模块、所述的可控硅控制模块、所述的时钟模块、所述的存储器模块、所述的RS485模块、所述的RS232模块和所述的网络通讯模块的数据交换端连接。所述的温度测量模块的功能是实时地测量灼热丝的温度值；所述的电流测量模块的功能是实时地测量通过灼热丝的电流值；所述的过零检测模块的功能是检测市电的过零信号；所述的可控硅控制模块的功能是根据所述的单片机模块的指令对通过灼热丝的电流进行调节，进而对灼热丝的温度进行控制；所述的时钟模块的功能是为所述的灼热丝温度自动控制装置的试验数据记录提供试验时间，所述的试验时间包括:年、月、日、周、时、分、秒；所述的存储器模块的功能是记录所述的灼热丝温度自动控制装置的试验数据；所述的RS485模块的功能是根据RS485协议实现上位机与所述的灼热丝温度自动控制装置的通讯，上位机通过该模块向所述的灼热丝温度自动控制装置发送试验温度和控制指令，所述的灼热丝温度自动控制装置通过该模块向上位机传送试验数据；所述的RS232模块的功能是根据RS232协议实现上位机与所述的灼热丝温度自动控制装置的通讯，上位机通过该模块向所述的灼热丝温度自动控制装置发送试验温度和控制指令，所述的灼热丝温度自动控制装置通过该模块向上位机传送试验数据；所述的网络通讯模块的功能是根据TCP/IP协议或者UDP协议实现上位机与所述的灼热丝温度自动控制装置的通讯，上位机通过该模块向所述的灼热丝温度自动控制装置发送试验温度和控制指令，所述的灼热丝温度自动控制装置通过该模块向上位机传送试验数据；所述的单片机模块采用MCF51AC256B芯片，其功能是保证所述的灼热丝温度自动控制装置控制系统的高速运行和控制精度；所述的电源模块的功能是为整个电路提供能源供给。
[0010]本发明的功能是通过软件程序实现的，本发明的软件程序包括主控程序、温度测量程序、电流测量程序、过零检测中断程序、可控硅控制程序、时钟程序、存储程序、RS485通讯程序、RS232通讯程序和网络通讯程序，所述的主控程序的功能是监控和调用各个功能程序；所述的温度测量程序的功能是获取所述的温度测量模块所测量的灼热丝温度值；所述的电流测量程序的功能是获取所述的电流测量模块所测量的通过灼热丝的电流值；所述的过零检测中断程序的功能是获取所述的过零检测模块提供的市电过零中断信号。所述的可控硅控制程序的功能是控制所述的可控硅模块中可控硅的导通角，进而调节通过灼热丝的电流，实现对灼热丝温度的控制；所述的时钟程序的功能是通过所述的时钟模块获取当前时间，也可以更改所述时钟模块的当前时间；所述的存储程序的功能是将当前的试验时间和试验数据存储在所述的存储模块，也可以读取历史的试验时间和对应的试验数据；所述的RS485程序的功能是接受上位机通过所述的RS485模块向单片机模块发送的试验温度和控制指令，也可以通过所述RS485模块向上位机发送试验数据；所述的RS232程序的功能是接受上位机通过所述的RS232模块向单片机模块发送的试验温度和控制指令，也可以通过所述RS232模块向上位机发送试验数据；所述的网络通讯程序的功能是接受上位机通过所述的网络通讯模块向单片机模块发送的试验温度和控制指令，也可以通过所述网络通讯模块向上位机发送试验数据。
[0011]与现有技术相比，本发明的有益效果是:具有优异的自动化性能，操作简单，温度控制精度高；而且具有丰富的通讯接口，兼容性好、可移植性强。
【附图说明】
[0012]图1是本发明灼热丝温度自动控制装置的结构示意图；
图2是“温度+电流”双环PID控制系统框图；
图3是“电流”单环PID控制系统框图；
图4是本发明灼热丝温度自动控制装置控制系统的软件流程图；
图5是本发明灼热丝温度自动控制装置的软件流程图。
【具体实施方式】
[0013]在图1中，所述的单片机模块的数据交换端分别与所述的温度测量模块、所述的电流测量模块、所述的过零检测模块、所述的可控硅控制模块、所述的时钟模块、所述的存储器模块、所述的RS485模块、所述的RS232模块和所述的网络通讯模块的数据交换端连接，所述的电源模块为整个电路提供能源供给。所述的灼热丝温度自动控制装置中各模块的功能如下:
温度测量模块:实时地测量灼热丝的温度值。
[0014]电流测量模块:实时地测量通过灼热丝的电流值。
[0015]过零检测模块:检测市电的过零信号。
[0016]可控硅控制模块:根据所述的单片机模块的指令对通过灼热丝的电流进行调节，进而对灼热丝的温度进行控制。
[0017]时钟模块:为所述的灼热丝温度自动控制装置的试验数据记录提供试验时间，所述的试验时间包括:年、月、日、周、时、分、秒。
[0018]存储器模块:记录所述的灼热丝温度自动控制装置的试验数据。
[0019]RS485模块:根据RS485协议实现上位机与所述的灼热丝温度自动控制装置的通讯，上位机通过该模块向所述的灼热丝温度自动控制装置发送试验温度和控制指令，所述的灼热丝温度自动控制装置通过该模块向上位机传送试验数据。
[0020]RS232模块:根据RS232协议实现上位机与所述的灼热丝温度自动控制装置的通讯，上位机通过该模块向所述的灼热丝温度自动控制装置发送试验温度和控制指令，所述的灼热丝温度自动控制装置通过该模块向上位机传送试验数据。
[0021]网络通讯模块:根据TCP/IP协议或UDP协议实现上位机与所述的灼热丝温度自动控制装置的通讯，上位机通过该模块向所述的灼热丝温度自动控制装置发送试验温度和控制指令，所述的灼热丝温度自动控制装置通过该模块向上位机传送试验数据。
[0022]单片机模块:保证所述的灼热丝温度自动控制装置控制系统的高速运行和控制精度。
[0023]电源模块:为整个电路提供能源供给。
[0024]本发明的功能是通过软件程序实现的，本发明的软件程序包括主控程序、温度测量程序、电流测量程序、过零检测