温度控制器十篇

温度控制器篇1

关键词：STM32单片机；DS18B20；DHT11；继电器

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.07.134

1 引言

随着社会的发展，科技的进步，以及测温仪器在各个领域的应用，温湿度控制几乎被应用于工业、农业、军事、科研和日常生活的一切领域，智能化已是现代温度控制系统发展的主流方向。特别是近年来温湿度控制系统已应用到人们生活的各个方面，设计一个高精度，高品质的智能温湿度控制器与人们息息相关的一个实际问题。针对这种实际情况，设计一个温湿度控制系统，具有广泛的应用前景与实际意义。

本设计基于电力系统对供配电设备环境的温度、湿度是影响设备运行的重要因素。温度过高会加速仪器设备元件老化，缩短其使用寿命，甚至直接导致设备损坏，低温，潮湿可能会导致爬电、闪络等事故。由此为了减少甚至避免该类事件的发生，我们设计了一个具有更高效，更精准的智能温湿度控制系统。

2 基于智能温湿度控制器的总体设计方案

本设计以STM32单片机为主控芯片，利用DS18B20、DHT11等传感器采集周围环境的温湿度数据，同时充分利用了单片机的内部资源，如LCD、PWM、AD、定时器、外部中断、串口等功能，通过继电器模块有效的将外部硬件连接，并设计采用了PID算法为核心算法，根据PID算法的良好的稳定性，能够在一定的时间内将周围环境的温湿度控制在较为理想的状态，从而达到设计的根本目的。

3 硬件设计模块

本设计以STM32为主控制器，外部硬件分为电源模块、数据采集模块、继电器模块以及外部硬件模块作为设计的核心控件。

3.1 电源模块

在单片机供电方面，我们采用12V外接电源供电，以保证单片机正常工作，在外部硬件供电方面由于所需电压即电流值较高，难以满足要求，所以采用了开关电源NES-100-24，对经过继电器到达的电压电流给予适当的放大，以满足外部硬件的需求。

3.2 数据采集模块

（1）DS18B20是常用的温度传感器，作具有体积小，硬件开销低，抗干扰能力强，精度高的特点。以下是设计的硬件图。

（2）DHT11传感器，用DHT11作为湿度数据采集，将其连接在单片机合适IO口，在程序的控制下进行周围环境湿度的读取，并在LCD上显示，同时其具有良好的灵敏特性、防水性、稳定性、高精度、低漂移。

3.3 继电器模块

本设计中继电器作为连接单片机与外部硬件，通过单片机给高低平选择开关打开还是闭合，将电流直接传导到加湿器，小风扇，加热棒等外部硬件，从而在不需人为从操作下实现对周围环境温湿度的精准控制。

3.4 外部硬件模块

在外部硬件方面，为了能够较好地模拟真实环境，我们采用了亚克力板制作形成一个简单的温室小屋，并在小屋内放置加湿器，加热棒，小风扇等硬件，并在亚克力板的一侧留有缺口放置风扇并制作成能够垂直开启的窗户，在这样一个封闭的体系中就能够较好地模拟实际环境。

4 软件代码调试

系统开始工作，首先初始化IIC、UART串口、外部中断，进入主程序，我们先对DS18B20，DHT11进行初始化，并将传感器读取的数据经过处理后发送到LCD上，同时通过程序设计我们可以根据实际需要修改温湿度值的上下限。

5 结论

本设计采用PID算法对温湿度传感器采集的数据进行精准控制，可以让用户及时有效的了解周围环境的状况，并根据实际需求对环境进行操控，可以运用在许多领域，比如温湿度大棚，让农主及时了解大棚的实际情况，让农作物处在一个良好的生长环境当中。

参考文献：

[1]彭立，张建洲，王少华.自适应温度控制系统的研制[J].东北师大学报（自然科学版），1994（01）.

[2]俞胜扬.环境湿热实验箱加湿系统的改进[J].电测与仪表， 2004（02） .

项目经费：省级创新创业项目：智能温湿度控制器（编号：2016103791

温度控制器篇2

李曙光刘逸凡张旭周瑞敏

（河南平高电气股份有限公司，河南 平顶山 467001）

【摘要】介绍了一种基于STM32F0xx的智能温湿度控制器的设计方法及功能实现；该控制器可实现控制柜内温湿度控制和控制柜内外温湿度显示。

关键词 STM32F0xx；温湿度控制；智能化；RS-485

Intelligent Temperature and Humidity Controller Design Based on STM32F0xx

LI Shu-guangLIU Yi-fanZHANG XuZHOU Rui-min

(Henan Pinggao Eletric Co.,Ltd., Pingdingshan Henan 467001, China）

【Abstract】Based on the STM32F0xx, the author introduces a kind of intelligent temperature and humidity controller design method and function implementation. The controller can realize temperature and humidity control inside power supply control cabinet and temperature and humidity auxiliary display outside the cabinet.

【Key words】STM32F0xx; Temperature and Humidity control; Intelligent; RS-485

0引言

在电力系统中，供电可靠性要求很高。汇控柜、开关柜等供配电设备工作环境的温度、湿度是影响设备安全可靠运行的重要因素。高温会加速电子元器件老化；低温、潮湿环境会使设备表面凝露，降低绝缘性能，增加了爬电、闪络等事故发生的可能性[1]。

本文介绍了一种基于STM32F0xx的智能温湿度控制器的硬件设计及软件实现方法，该控制器可实现控制柜内温湿度控制和控制柜外温湿度显示；结合RS-485总线技术和上位机软件，可实现控制器定值的远程设定、温湿度数据上传及远程控制，满足设备智能化及网络化的发展需求。

1硬件电路设计

本控制器以STM32F030F4为核心控制单元，系统外扩串行EEPROM为24C02，容量256字节，地址范围为0x0000~0x00FF，能够满足系统参数的实时存取；控制器包含两个4位数码管、5个状态指示LED、四个设置按键，具有手动启停功能；采用AM2301数字温湿度传感器，可同时实现对环境温度、湿度的控制；结合RS-485总线技术和上位机软件，可实现控制器定值的远程设定、温湿度数据上传及远程控制。

温湿度控制器硬件电路总体框架如图1所示：

1.1主控制器设计

图2所示为STM32F030F4电路，该MCU内核为ARM32-bitCortex-M0，工作电源电压2.4V~3.6V，最高工作温度85℃，最低工作温度-40℃，20个引脚，15个I/O输入输出端口，接口类型包含I2C、SPI、UART等，CPU最高频率48MHz，16K字节flash，4K字节RAM，5个16位定时器，1个12位ADC，16个A/D通道[2]。

1.2数字温湿度采集模块

AM2301湿敏电容数字温湿度模块是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，采用单总线接口，具有体积小，功耗低等优点。

由于AM2301采用单总线通信方式，接受指令和输出温湿度数据通过一根线完成，为了提高系统的抗干扰性，AM2301与MCU之间采用TLP118高速光耦合器隔离，如图3所示。其中V1、V2为肖特基二极管。

1.3数字温湿度显示模块

控制器采用TM1638驱动控制两排共阴极数码管，TM1638管脚功能如表1所示：

控制器具有上下两排4位共阴极数码管，上排数码管第一位显示温度正负、后3位显示温度值，下排数码管后3位显示湿度值，如果两路温湿度传感器均启用，则每隔3秒，切换温湿度测量通道，轮流显示。

控制器设置手动/自动按键、设置按键、减少按键、增加按键四个按键，分别对应芯片引脚K1,K2和KS1,KS2组成的键矩阵。键扫数据储存地址如图4所示。

装置共设置9个参数设置界面，显示界面与参数对应关系如表2所示。

按下设置按键即可进入参数设置界面，通过加、减键调整值的大小，调整好参数值再次按下设置键保存，若调整参数值后十秒内没有按下设置键，则不保存设定值并返回温湿度显示界面。

1.4温湿度控制策略

结合工程实际需求和应用，制定了一下温湿度控制策略。

启动排风：当系统获取的环境温度高于温度控制回路1启控值，启动排风。

停止排风：当系统获取的环境温度低于温度控制回路1启控值与温度控制回路1停控回差值之差时，停止排风。

启动加热：当系统获取的环境温度低于温度控制回路2启控值时，启动加热；当系统获得的环境湿度大于湿度控制回路2启控值且环境温度不高于温度控制回路1启控值，启动加热。

停止加热：当系统获得的环境温度大于温度控制回路2启控值与温度控制回路2停控回差值之和时，停止加热。

2软件设计方法

系统软件主函数主要是由软件抗干扰模块，系统初始化模块，主循环模块组成。图5 为主函数流程图。

3Modbus通信

结合RS-485总线技术和上位机软件，可实现温湿度采集数据及设备状态参数的远传，通信接口为2线制半双工RS-485接口，波特率为9.6Kbps，8位数据位，1位停止位，无校验位和无流控。

该装置支持ModbusRTU协议的04和06命令。04（0x04）为读输入寄存器功能码，使用该功能码能够从一个远程设备中读取1～125个连续输入寄存器。06（0x06）为写单个寄存器功能码，使用该功能码能够在一个远程设备中写单个保持寄存器。同时，ModbusRTU协议还支持差错码0x86、异常码01（功能码错误）、异常码02（输出地址错误）、异常码03（输出数据错误）和异常码04（从设备忙），采用CRC校验方式。

Modbus寄存器状态地址分配如表3所示。

表3Modbus寄存器状态地址分配表

4结束语

在实际应用中，通过温湿度传感器采集汇控柜、开关柜等供配电设备柜体内外的温湿度数据，经MCU处理后输出继电器控制信号，再通过继电器加热器和风扇启停。

实践表明，以此方法设计的智能温湿度控制器方便应用，抗电磁干扰性能强，结合RS-485总线技术和上位机软件可方便的实现柜体内温湿度控制及远程查看。

参考文献

［4］方严,王晓明.一种智能温湿度控制器的设计[J].器件与设备,2006.

［2］STM32F030技术手册[Z].瑞士意法半导体（ST）公司,2013,12.

温度控制器篇3

随着现代科技的发展数字智能化测温自动检测系统已经在我们生活各个领域被应广泛用着，从而提高我们的生活质量，同时大大方便生活，慢慢地，传统的温度传感器被数字自动控制测温传感器代替。本设计主要介绍基于单片机和DS18D20温度传感器组成的温度检测系统，可根据需要来设置系统的温度限值，同时也设置温度最大值和最小值来进行设置报警温度从而达到系统自动报警的目的。

【关键词】温度传感器 DS18B20 单片机

温度，作为人的重要感官之一，将决定人的舒适度以及对智能家居的满意度。因此，如何准确测出室内温度，是作为智能家居为调节室内温度和工业控制智能化的重要依据。智能温度检测已经普遍进入我们的日常生活和工作当中，甚至在科研中也有从单片机数字化控制技术，很多方面都从数字智能控制化方面发展。本次设计的系统具有高精度的读数功能，更加方便，控制精准度更高，测温的应用范围更加广泛，而且用数码管当做显示屏显示，测出的温度以数字显示。这些在我们的日常生活、工作甚至到科研都可以使用。本次测温系统是以AT89C52单片机作为主控芯片，DS18B20传感器测温，并且用4位阳极数码管显示测出的温度数据。

1 单片机最小系统

1.1 晶振

晶振是单片机的“心脏”，是确保系统运行的基础。晶振为单片机提供时钟信号。

1.2 复位电路

复位电路是稳定单片机系统电路中不可或缺的一个部分，它有上电复位功能。单片机在启动时需要使CPU及系统弄各部件处于初始状态，并从初始状态工作，这就要靠复位电路来实现。

2 方案论证

方案一：采用DS18B20温度传感器。DS18B20和其他的测温元件对比，主要特点有：测温范围广，测温范围为负55度到125度。在负10度到85度范围误差为0.5度。测温精确精度最高可达0.0625度，最低精度达0.5度，掉电的情况下能够保持初始设置的上下限温度值，采用数码管显示其温度值，方便于读数。DS18B20是支持“一线总线”接口的温度传感器，从而减少了外部硬连接单片机的电路，使外部电路大大简化。

方案二：采用SL616温度传感器。SL616是一种电压输出型四端元器件，共有八个引脚，分别由基准电压，温度传感器、\算放大器电路组成。SL616将测量所得的温度值经过运算放大器放大，再模数转换传给单片机做出内部的工作，但由于硬件电路所需过多，造成硬件电路复杂，加上复杂的电路会产生一定的误差，会对所测量的温度值不精确。

通过方案一和方案二的对比，利用测温精确度高、测温范围广的DS18B20作为本系统温度传感器的采集器。

3 DS18B20数字温度传感器简介

3.1 测温介绍

DS18B20接收到温度转换的命令后，就会开始启动转换工作，而转换结束后的温度值就会以二进制补码形式存储在高速暂存存储器里，最后在单片机进行运算处理。经过DS18B20温度传感器其内部编程，它可实现温度的读数。测量所得的温度信息只需要通过单线接口从DS18B20接收或者发出。它与单片机的连接电路只需一根地线和信号线。读程序，写程序以及执行温度变化不需要连接外部电源，可由数据线提供。利用单片机以及DS18B20温度传感器等元器件构成一个测温系统，它与电路连接简单，抗干扰能力强，性能高和功耗低等优点。此温度传感器可在任何地点放置，从而进行高精度的温度测量，特别适用于多地温度测控系统。也正因为它的体积小微型化的优良特点，到目前为止，现在已被家居智能化以及工业控制上广泛应用。

3.2 DS18B20的使用

温度传感器DS18B20在一根输入输出线上进行读写数据，它对数据位有着非常严格的时序要求。温度传感器DS18B20保证各个数据传输的正确性和完整性有着严格的通讯协议。此协议定义了三种信号时序，分别为初始化时序，读时序和写时序。而这三种的时序将主机与单总线器件分别作为主设备和从设备。主机主动启动写时序开始后就完成命令和数据的传输，在执行写命令时，主机启动读时序后完成读时序和数据的接收，单总线器件就会回送数据。

4 DS18B20的应用

本设计系统是以AT89C52单片机作为系统的主控芯片，DS18B20温度传感器测量温度，4位共阳极数码管作为显示器。系统包含了硬件和软件两大部分，硬件部分有：DS18B20温度传感器、数码管显示、自动化控制和报警的设计；单片机、DS18B20传感器结合数码管的是用，方便简易操作，可以实现一秒钟一刷新，蜂鸣器以设计时设置的温度限值实时作出报警指示。

软件主要是系统程序的设计，其中有设计键盘管理程序、设计控制程序、设计显示程序和设计温度报警程序。设计的程序需要与硬件结合来调试，初始的温度值可以实现根据实际情况来设置和调节，来实时显示温度，当DS18B20温度传感器达到初始设定的温度限值时，指示灯会亮二蜂鸣器会作出报警指示。另外当温度传感器达到某一限值时，就进行相应的散热或加热的系统电路工作，以满足温度平衡的条件。

本次设计的系统可以应用于日常生活的各方面：比如电饭锅、温湿度计、体温计、电水壶，净室的测温等，甚至在农业方面也有应用，农业大棚的测温、机房的测温，同时也应用于控制各个领域数字化设备的测温。数字化的智能温度传感器对我们生活的各个方面有很大的利用价值，也大大地方便和丰富我们的生活。

5 结束语

本系统主要是DS18B20温度传感器、AT89C52单片机和数码管结合C语言编程进行设计来实现功能，因此本人通过查阅大量的相关资料来了解本设计系统相关元器件的知识，然后进行绘制图，编制程序，仿真调试，硬件焊接与系统调试。虽然这一过程由初始再到最后花了大量的精力与时间，但是使我收获颇受受益匪浅。使我对AT89C52单片机和DS18B20的知识和应用更全面的了解，同时提升了自己独立思考和动手处理问题的能力。

参考文献

温度控制器篇4

（1. 新乡市科技局，河南 新乡 453000；2.新乡学院，河南 新乡 453003）

【摘　要】采用了精密的检测电路，能够自准确检测环境空气的相对湿度,并将检测数据通过A/D转换后，送到处理器（AT89C51）中，然后通过软件的编程，将当前环境的相对湿度值转换为十进制数字后，再通过数码管来显示；而且，通过软件编程，再加上相应的控制电路，设计出可以自动的调节当前环境的相对湿度。

关键词 单片机；湿度；AT89C51；温室大棚

0　引言

随着科技的发达，以及人民生活水平的提高，我国的温室大棚产业得到迅猛的发展，温室是蔬菜等植物在栽培生产中必不可少的设施之一，不同种类的蔬菜对湿度等生长所需条件的要求也不尽相同，为它们提供一个更适宜其生长的封闭的、良好的生存环境，从而可以通过提早或延迟花期，最终将会给我们带来巨大的经济效益，本设计就在此基础上，设计一种基于89C51单片机控制的湿度控制系统。

1　硬件平台

本系统通过单片机AT89C51及其各种接口电路来实现湿度的检测。其工作原理是：电容式相对湿度传感器的容值随着湿度的变化而线性的变化，通过信号检测和转换电路将变化的电容转换成与之对应的变化的电压，再由A/D转换器把模拟电压信号转换为数字信号并送入到单片机中，单片机对采集到的信号进行滤波处理并通过查表得到实际测量的湿度值,之后通过单片机的各外部接口电路显示该湿度值，或通过其与上位机的接口把此值送入到上位机进行保存及打印等操作。

由于串行通讯方式具有使用线路少、成本低，特别是在远程传输时，避免了多条线路特性的不一致而被广泛采用。在串行通讯时，要求通讯双方都采用一个标准接口，使不同的设备可以方便地连接起来进行通讯。RS-232-C接口（又称EIARS-232-C）是目前最常用的一种串行通讯接口。它是在1970年由美国电子工业协会（EIA）联合贝尔系统、调制解调器厂家及计算机终端生产厂家共同制定的用于串行通讯的标准。它的全名是“数据终端设备（DTE）和数据通讯设备（DCE）之间串行二进制数据交换接口技术标准”该标准规定采用一个25个脚的 DB25连接器，对连接器的每个引脚的信号内容加以规定，还对各种信号的电平加以规定。

图1是系统结构原理图，其中下位机以单片机AT89C51为核心，配以湿度检测和传送电路、A/D转换电路、存储器电路、时钟电路、看门狗复位电路、串行通信电路、键盘和LED显示电路及电源电路等组成。

2　软件设计

湿度检测系统是一个智能化的系统,它的软件所完成的功能主要包括：

（1）采样：单片机AT89C51能够控制TLC1549正常工作采样的采样程序。

（2）显示：单片机AT89C51把采样来的数据

经过滤波、二—十进制转换并以十进制4位精度显示的程序。

通信：单片机AT89C51能够把显示的数据通过串行通信口传送到管理级的上位IBM-PC机,然后上位机把接收的数据进行处理。

主程序流程图如图2。

测试就是在系统投入运行前，对软件的需求分析，设计规格说明和编码的最终复审，是保证系统质量的关键步骤。如果要给测试下定义，可以这样将，系统测试是为了发现错误而执行程序的过程。测试的目的在于将功能与需求不一致的地方，不符合逻辑思维的情况都反映给质量测试部门，由质量测试部门调配需求部门统一，再由开发人员进行修改和补充。测试的目标是以最少的时间和人力找出系统中潜在的各种错误和缺陷。本次测试严格按照设计中的流程进行，通过此次测试，能更好的了解本次设计的流程框架和测试设计原理，并能够解决测试中出现的各种问题，更好地去解决。通过湿度的改变进行相应的调整。

3　结论

本系统采用了高精度的电容式相对湿度传感器,在系统运行稳定时,湿度测量范围为0～100%RH。系统还充分利用了AT89C51单片机自身的软硬件资源,具有智能化、可编程、小型便携等优点,因此只要选用不同的湿度传感器,并修改相应的软件控制程序,本检测系统就可应用在环境保护、工业控制、农业生产以及军事等方面,可见其具有非常广泛的应用前景

参考文献

［1］林伸茂.8051单片机彻底研究基础篇[M].北京:人民邮电出版社,2004.

［2］范风强,等.单片机语言C51应用实战集锦[M].北京:电子（下转第198页）（上接第107页）工业出版社,2005.

［3］梁中明.基于DS18B20与虚拟I~(2)C总线的数字温度测量装置设计[J].湖北 电子报,2006.

［4］张世英,刘万莹,李仁兵.基于AT89S52单片机的温湿度监控系统设计[C]//中南六省（区）自动化学会第24届学术年会会议论文集.2006.

［5］刘迎春．传感器原理——设计与应用[M].北京:国防科技大学出版社,2005:205-207．

温度控制器篇5

关键词：电加热器 电源 温度控制 设计

中图分类号：TP368.1 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2015）05-0000-00

Abstract： As an electric heater， heat sources are supplied for thermal hydraulic testing devices of various types of reactors， and high power and the temperature control system are required for the electric heater. Electricity energy is supplied to the electric heater and the temperature of the electric heater is controlled in real time， so that the requirement on operation temperature of the testing devices is met； electricity impact and temperature impact on the electric heater are avoided， the stable control of the temperature is realized， and the service life of the electric heater is prolonged. In the case， by taking the power and the temperature control system of 12×288kW electric heater as an example， a detailed technical scheme on the power and the temperature control system of the high-power electric heater is proposed in accordance with the related design and calculation.

Key words： electric heater， power， temperature control and design

在各种反应堆热工水力试验装置上，一般采用高温高压电加热器（或电加热元件）提供热源和调节压力，电加热器是保证试验装置及反应堆系统运行压力稳定的关键设备。而电加热器需要配备大功率的电源与温控系统，其用途是对电加热器提供电能并进行实时控温，满足试验装置运行温度的需要；避免对电加热器造成电冲击与温度冲击，实现温度平稳控制，保证电加热器的使用寿命。针对这一情况，本文以12×288kW电加热器电源及温控系统为例，通过相关设计和计算，提出了大功率电加热器电源与温度控制系统的详细技术方案。

1电源与温度控制系统的设计

1.1系统组成

（1）电源部分。电源（配电回路）主要由进户电动刀闸开关、进线电源柜（内装断路器、真空接触器等）、功率调节柜（装有快速熔断器、调功器、接触器等）组成。其中真空接触器是可带负荷操作的快速开关，有成熟的应用经验；调功器选用三相晶闸管调压器，具有恒电压、恒电流、恒功率、调功控制、移相/过零综合控制等功能，同时具有电源缺相、负载断线、过流和过热等一系列报警和通讯功能，完全适用于纯电阻负载的电加热器。

（2）温控部分。温控部分主要由现场控制柜和远程控制管理系统（工控机）组成。现场控制柜由PLC主机、输入输出模块及人机界面等组成。在控制部分，选用SIEMENS S7-300 PLC对采样信号进行快速、可靠的处理，选用SIEMENS的触摸式人机界面对实时温度值、电流、电压和各种故障信息进行显示、记录。远程控制管理系统主要是控制器与软件监控系统，用于远程自动控制与管理。

1.2工作原理

电加热器的安全运行和使用寿命与电加热器运行温度的高低有着直接的关系，因此对加热器运行温度的控制和实时监控十分重要。本系统由温度传感器对加热元件、加热板以及蓄热块上的温度进行采样，所测温度信号经放大和A/D转换后送PLC，利用软件进行数据处理，处理后的数据实时显示，并驱动三相晶闸管调压器以调节加热器温度。

电加热器电源及温控系统技术路线见图1。

1.3技术性能

1.3.1电源功能

（1）长时运行工作制，电源系统能在各种试验状态下，把负载加热到要求的温度值，并进行恒温控制，同时电源系统供电主回路方案合理，可靠性高，可操作性、可维护性强，操作上的透明度高，安全性要高。

（2）电源系统能给加热器提供一个平滑的连续动态可调的输出电参数，实现带载动态调温功能，避免对加热器造成电动力冲击与温度过冲，实现温度平稳控制。

（3）电源系统具有输出参数控制模式调节功能，能根据实际工况进行最佳运行控制。即工况良好时，当温度未达到其设定值时，电源应以高功率输出，工况不好时，比如天气潮湿、绝缘值低或长时间未做试验时，能够选择先低电压低功率加热，然后慢慢提高电参数，达到保护加热器与安全运行的目的。

（4）当负载温度达到预设温度时，电源应调节功率输出以维持电热元件恒定在设定温度，同时，在恒温过程中，电热元件避免不断受到交变力的作用，充分保证高温条件下负载的安全运行与使用寿命。

1.3.2电力电子装置（调功器）技术参数

电力电子装置采用调压控制模式，试验中根据温度控制要求，调节控制值，达到控制脉冲的调制，从而实现输出电压调节，加热器电功率与负载温度可控的目的。

（1）额定输出功率：第1～12组，每组功率288kW，12组单独运行，电阻性负载；

（2）调压范围：主回路输入电压的0～98%；

（3）工作制式：具备软启动、软停车功能，避免过大的电流冲击。

1.3.3系统保护功能

（1）电源系统主回路具备一次侧雷击过电压保护，浪涌过电压保护，电源侧操作过电压保护，电源侧过电流保护，负载侧过电流保护，电力电子器件关断过电压保护，电力电子器件过热保护以及系统漏电保护。

（2）电源自身的电气保护功能齐全，包括过流、短路、缺相、三相不平衡、过热、绝缘以及顺序控制、连锁保护等。

（3）具备电加热器超极限保护功能与防止温度上升率过大保护功能。

1.3.4系统检测与显示报警功能

（1）系统对每组回路的三相电参数（包括电源侧与负载侧的线电压与线电流）进行采集处理，要求参数单点数字显示，近端与远端显示。同时电源侧具有功率因素检测显示功能（采用数显表显示）；

（2）电参数测量采用成熟技术，并采用易实现参数检测、传输与转换的方式，方便低参数供电控制与动态控制；

（3）系统对每组288kW负载的4点温度（12组共48点）进行采集处理，要求参数单点数字显示，近端与远端显示；

（4）系统能自动检测出负载元件通断情况，并能可靠、及时、准确地作用于信号报警系统与保护跳闸系统，信号报警系统能自动指示通断点，要求近端与远端显示；

（5）系统能自动检测过流、短路、缺相、三相不平衡、过热、绝缘等所有电气保护，并能可靠、及时、准确地作用于信号报警系统与保护跳闸系统，信号报警系统能自动指示电路故障类别及故障点，要求单点显示，近端与远端显示；

（6）系统能自动显示检测温度超调以及超极限温度点，避免温度过冲；同时检测温度上升率，防止温度上升率过大。并能可靠、及时、准确地作用于信号报警系统与保护跳闸系统，能自动显示超调点，要求单点显示，近端与远端显示；

（7）系统对调压装置自身的每一相、每一桥臂出现的故障（导通、反相击穿、不触发、换相失败等）能自动识别、报警并显示其位置，要求单点显示，近端与远端显示。

1.3.5温控软件功能

（1）温控系统采用组态软件作为开发平台实现监控管理，系统具有实时检测、实时处理、实时显示、实时报警、用户权限功能，同时界面直观，可操作性强；

（2）设计有主界面、主菜单，具有登录界面、温升曲线设置界面、动态跟随界面、历史曲线、报警窗口以及报表处理界面；

（3）各子窗口设计功能完善，其控制模式能够根据需要进行调节，即能根据实际运行的绝缘情况、受潮情况、温度上升率，自动实时改变电源的温升模式，从而实现负载温度可控与理想的加热过程；

（4）设计有数据库管理系统，能自动存储电参数及温度数据，存储频率与区域可设。

1.4硬件选择

（1）进线电动开关。进线电动开关选用电动刀闸开关。

（2）进线电源柜。进线电源柜器件主要包括空气开关、真空接触器等，另外包括12台进线电动刀闸的二次线路、真空接触器的二次回路、连锁回路、浪涌（防雷）保护器以及电测量仪表等。

（3）PLC控制柜。控制柜由PLC主机、输入输出模块及人机界面等组成。本系统控制柜采用300系列PLC，温度采集使用模拟量模块SM331，换算进度是单极性14位，双极性13位，理论上可实现温度控制精度在1100℃×（1/16384）=0.067℃的控制。

（4）上位机系统。上位机系统系统采用工控机，并配置计算机控制操作台。采用Ethernet以太网通讯网络用于PLC、计算机间的通讯。

1.5控制量分配

PLC控制量分配情况见表1。

2电源与温度控制系统的关键技术

2.1软件设计

本系统工控机采用组态王编程，触摸屏采用wincc flexible编程，PLC采用step7 V5.4编程。

电加热器实际温度的检测是要将温度量转化为PLC可识别的量，所以将温度变送器输出的值先由16位的整型转化为32位的双整型，再由双整型转化为实型，实型小数点后可有6位，保证精度。S7-300的CPU模块CPU314自带PID等多种算法功能模块，编程软件提供了PID指令向导，PID控制程序可以通过指令向导自动生成。除此之外，PID指令也同时会被自动调用。

首先选择运用PID算法的回路，并给回路参数定值，本系统采用的K型热电偶的测量范围是0-700℃，故给定范围的低限和高限分别为0和700℃。由于S7-300 CPU支持PID自整定功能，因此回路的参数先不设定。第二步设置回路输入输出项，输入和输出量都是单级性的模拟量，经PID控制过后的输出量和输入一样，同样要其由整型转化为实型。

PLC将PID运算处理结果通过4-20mA输出给相应地址的功率调节器，根据送来的数据及时调整输出功率，最终满足负载温度恒定。

2.2工艺设计

为满足最佳开车控制的需要，软件系统专门配置2种加热模式选择：当工况良好时，电源以高功率输出；当工况不好时，比如天气潮湿、绝缘值低或长时间未做试验时，先低电压低功率加热，然后按斜率提高参数，从而达到保护负载与安全运行的目的。

在实际使用中，用户可以根据不同的工况，选择加热模式。一旦确定之后，可对其初始温度、加热时间、升温斜率、设定温度以及保温时间等参数进行设置。

在实际使用中，用户一旦确定每个温控回路的温度曲线之后，此曲线数据将直接保存到PLC的存储单元中来供系统调用。此设计方案的优势在于PLC完全可以自行独立运行，不受服务器的故障影响，系统可靠性更高。同时系统配置可单独调节每个温控回路PID参数功能，可软件切换手自动控制并手动进行给定（软件给定方式）。

2.3人机界面

人机界面的主要基本画面包括：主界面窗口、主菜单窗口，登录窗口、温度控制窗口、实际温度曲线，实际温度显示、状态指示窗口、报警窗口。

针对电加热器系统的安全管理和操作的需要，本温控系统中定义了“系统管理员”和“操作员”两级口令。对参数设定和手动跳闸等重要功能需使用系统管理员级口令，其他操作，如查看温度曲线、历史记录等，只需操作员口令。

2.4上位机

上位机画面设计不仅要求能实现所有的控制功能（输入及显示参数、存储纪录、报警等），而且需要简单明了，易于操作人员正确的执行操作。考虑系统所需监控的过程变量和实际功能，主要功能包括：

（1）具有历史温度曲线查询；

（2）具有历史温度数据报表查询（时间区间、周期（频率）可设置）；

（3）具有历史报警查询；

（4）温升曲线设置（目标温度、升温斜率、保温时间）；

（5）动态温度设定跟随曲线；

（6）用户权限管理（定义了“系统管理员”和“操作员”两级口令。对参数设定和手动跳闸等重要功能需使用系统管理员级口令，其他操作，如查看温度曲线、历史记录等，只需操作员口令。

2.5保护系统设计

（1）连锁保护。进户开关与快速开关、电源与业主中央控制系统等连锁实现本系统的连锁保护。

（2）紧急停车保护。系统紧急停车按钮连接于控制系统的主供电电路，系统运行发生意外时，紧急按下急停按钮，控制柜断电，相应受控制柜控制的接触器、继电器等器件断电，从而使加热系统断电，实现紧急停车。

（3）防雷击保护。电气柜直接安装浪涌保护器防雷击，当系统有雷电流（过电压浪涌）产生时，电涌保护器与接地系统连接的电路接通，使雷电流通过接地系统泄放到大地。

（4）绝缘保护。功率调节柜中设置绝缘监控器，该产品带4-20mA模拟电流输出和一组常开常闭转换的继电器输出触点，可就地显示负载对地绝缘电阻值、远程自动检测与显示负载对地绝缘电阻值，在低于设定最低绝缘电阻值要求时提供报警输出到PLC。

3结语

本文介绍的电源与温度控制系统技术方案，可直接配套用于大功率电加热器，通过实际使用的验证，采用该方案的电源与温度控制系统，在装置上运行状态良好，达到设计技术指标。

参考文献

温度控制器篇6

关键词 密集烤房控制器；温度控制；烟叶；育苗大棚；应用

中图分类号 S572；S625.5 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）06-0069-02

Application of Bulk Curing Barn Controller in Tobacco Seedling Shed Temperature Control

ZHAO Xiang-jiang 1 XUE Bo 1 * XIN Wei 2 YANG Shao-jie 1 NIE Wei 1 ZHAO Qing-hai 2 ZHAO Hong-jun 2

（1 Shandong Weifang Tobacco Co.，LTD，Weifang Shandong 261205； 2 Zhucheng Branch，Shandong Weifang Tobacco Co.，LTD）

Abstract The idle bulk curing barn controller was used，by updating the program and matching external equipments，so as to achieve shed temperature and humidity automatic control and regulation，improve asset utilization，reduce the work，improve seedling quality.

Key words bulk curing barn controller；temperature control；tobacco；seedling shed；application

叶育苗工作是整个烟叶生产的基础，育苗的优劣直接影响烟叶种植的后期环节。由于烟叶育苗环节，烟苗处于生长发育初期，对温湿度的要求非常突出，如果管理不当，就会出现烟苗根系腐烂、病虫害严重、死苗等情况。目前，烟叶育苗的日常管理还是以人工观察、手动控制为主，劳动强度大、工作效率低而且管理不到位，难以达到科学合理的烟苗培育要求。因此，对育苗大棚温湿度自动控制的研究显的很有必要。

密集烤房控制器是按照国烟办综〔2009〕418号文件生产制造的，属于烟叶烘烤专用配套设备，在7―9月可以用于烟叶烘烤，稳定可靠。但是在烤烟结束以后基本处于闲置状态。为了节约资源，通过对密集烤房控制器程序加以升级，并配备一些外部辅助设备，就可以应用于烟叶育苗大棚的温度控制中。目前，虽然有厂家生产制造智能烟叶育苗大棚，但成本较高，并且需要按照特定要求重新改造大棚，把密集烤房控制器应用于烟叶育苗大棚的温度控制中，在国内还没有先例。为实现烟叶育苗温湿度的精准自动控制，在育苗棚内的多个点放置温湿度传感器，实现了多点测量。同时，为了充分利用现有密集烤房控制器的设备接口，可配备相应接口的温湿度传感器、电动卷膜器等外部设备，实现育苗大棚的温湿度自动控制。在传感器的上方制作透明的塑料装置，既能避免育苗期间洒水溅到传感器上，又可以接受阳光的照射，使传感器测出的温度更接近棚内的温度，避免在控制育苗大棚内的温度时出现差错。

1 控制器系统的组成及相关硬件

烟叶育苗棚智能控温系统主要由三大部分组成：密集烤房控制器、测温系统、控制配电柜。

1.1 密集烤房控制器

密集烤房控制器是按照国家烟草专卖局（公司）的相关标准生产制造的，经过对程序软件的升级改造，使密集烤房控制器具有烤烟功能模块和烟叶育苗功能模块2个部分。密集烤房控制器是整个控制系统的核心，实现数据采集、分析、处理和发出控制命令。

1.2 测温系统

育苗大棚一般长50 m、宽12 m，面积比较大。测温系统对棚内的5个点使用DS18B20进行温度测量取平均值，以更精准地测量温度。在育苗的过程中，早晨需要对棚内的雾气进行释放，所以增加了1个AM2302B进行湿度测试，根据所测湿度大小，在特定时间内自动释放烟叶育苗大棚内的雾气[1-2]。

1.3 控制配电柜

控制配电柜是由CJX20901交流接触器、NES-150-24开关电源以及电动卷膜器组成。配电柜配有手动/自动切换开关，当密集烤房控制器被用于烘烤时，育苗大棚的温度就可以进行手动控制。

2 控制软件

控制软件主要嵌入在单片机内，密集烤房控制器所选用的单片机是STC89C516RD+，是可靠稳定的品牌；所使用的开发环境为Keil uvision4，使用的开发语言为C[3-4]，如图1所示。

系统的参数需要人工设置，可以根据不同的时间段设置不同的参数，操作界面显示直观。数据区实时存储温湿度数据，通过数据分析比较各个时间的数据，自动控制电动卷膜器的升降。控制软件具有以下特点：①实时动态显示传感器的平均温度和湿度，便于观察育苗大棚内的温度和及时发现故障；②可以通过按键操作查看各个点的温度，及时了解掌握烟叶育苗棚内的温度状况；③软件分为烤烟模块和育苗功能模块，通过按键操作进入不同的模块，简单方便；④硬件具有实时时钟功能，通过软件编程分阶段地对设备进行控制；⑤采集分析育苗大棚内的湿度数据，按照程序设定的目标湿度及时地排出育苗大棚内的雾气。

3 应用效果

经过一个烟叶育苗季节的试验使用，密集烤房控制器的育苗功能模块程序运行稳定、操作简便，控制更加准确和及时，得到了用户的高度好评。采用多点测量温度方式，使大棚内的温度控制更加合理。同时，由于的卷膜器等设备完全由密集烤房控制器根据人工设置的目标参数和采集的温湿度参数按照一定的控制规则自动控制，使操作更加及时和准确，避免人工操作麻烦。

4 效益分析

4.1 提高了资产利用率

在烘烤空闲期，使密集烤房控制器得到充分的利用，避免了资产浪费，提高了资产的使用率。

4.2 节约了人力、物力、财力等资源

育苗期按60 d计，若人工操作则需0.5个工/d，用工1人，工资80元/个工，则需费用2 400元；使用密集烤房控制器自动控制大棚的设备以自动调节棚内的温湿度，则每天需用电0.96 kW・h/棚，电费单价为0.57元/（kW・h），总计成本仅32.8元。大大减少了人员的占用，降低了人力开支。

4.3 提高了育苗质量

采用多点温度测量的方式，使得棚内的温度控制更加合理。同时，设备自动控制，使温湿度的调节更加及时和准确，大大降低了人工误操作和疏忽带来的损失。

5 结语

目前，密集烤房控制器在烟叶育苗大棚温度控制中的研究和应用在国内尚未见报道，通过密集烤房控制器在育苗大棚温度控制中的试验应用效果来看，该项研究和应用取得了预期的效果。密集烤房控制器的育苗功能模块程序运行稳定、控制准确，对大棚内的温度测量合理、调节及时，取得了很好的经济和社会效益。

6 参考文献

[1] 杨春健.南方温室通风降温措施的探讨[J].广西农业科学，2002（5）：280-282.

[2] 闫恩诚，谢小妍，刘鹏.塑料温室通风降温措施的探讨[J].农机化研究，2002（3）：115-117.

温度控制器篇7

关键词 温湿度控制器；烧毁；事故

中图分类号TM63 文献标识码A 文章编号1674-6708（2011）50-0015-02

1 事故描述及处理

1.1 事故描述

2011年4月5日舟山岱山变母联间隔断路器机构箱内温湿度控制器及附近电线烧毁，造成驱潮加热、断路器电机储能等回路电源空开跳闸断电；随后电站运行人员对母联间隔断路器进行近控分闸操作，并于2011年4月6日传真联系河南平高电气股份有限公司处理此次故障。

1.2 事故处理

河南平高电气股份有限公司随即做出反应，于2011年4月7日派遣设计、机构检修等相关人员赴岱山变现场。2011年4月8日，河南平高电气股份有限公司对故障部件进行更换，并在用户协助下，进行了相关调试试验，调试结果满足送电要求，于当晚9时左右成功送电。

2 事故调查及初步原因分析

2.1 事故现场调查

2011年4月8日技术人员到达岱山变现场前，了解情况如下：

1）本电站于2010年12月份正式投运，正常稳定运行4个月后，出现此次故障；

2）温湿度控制器已完全烧毁，加热控制回路连接温湿度控制器端导线绝缘层被烤融，导线内部铜丝外露，而远离温湿度控制器处导线绝缘层完好（见图1）；

3）温湿度控制器正上部回路电线绝缘层烤融粘连，铜丝裸漏，温湿度控制器旁线槽烧毁熔接其它部位导线完好；温湿度控制器下部安装的接触器顶部附着碳灰层，但接触器完好；油泵操作回路电气元件完好；根据现场情况断路器机构箱内除温湿度控制器烧毁外，其余回路电气元件完好，且导线仅在温湿度控制器上部及温控器3号端子（加热器端子）靠近端子80mm~100mm处的导线燃烧严重，线皮烧毁，铜丝；端子螺丝发热温度估计曾达到600℃以上，而与其相邻的其它三根导线和端子几乎完好，只有被烟熏黑的痕迹，四个端子螺丝也基本无松动（见图1）。

安阳变事故情况与舟山变类似，出事故的温控器均为液压柜内使用的灌封胶防震型温湿度控制器。此型号温湿度控制器已在河南平高电气股份有限公司产品上使用多年从未出现过类似事故。

2.2 温控器燃烧事故原因分析

1）假设此次事故是由温控器内部发热问题引起的燃烧，则4个端子和导线的燃烧程度应该基本相同，而不应该只有一根导线燃烧；

2）假设是由温控器内部短路引起的燃烧，应该是1号和2号的端子和导线发热燃烧，而不应该是3号端子的导线燃烧，因为1号和2号的端子是电源进线，内部短路后，3号端子不会有电流输出；

3）假设是由外部负载加热器短路引起的燃烧，应该是1、2、3号端子的导线同时发热燃烧，因为在任何情况下，1、2号端子的电流均大于3号端子；

4）假设是由温控器内部加热继电器频繁动作引起继电器起火燃烧，离加热继电器最近的端子是2号端子，离3号端子最近的继电器是驱潮继电器，驱潮继电器的负载电流小于1A，首先起火燃烧的可能性不大。通过解剖舟山事故温控器来看，加热和驱潮两个继电器的触点并无电弧烧损的痕迹，也未见线圈自身烧毁的迹象；

5）如果是由温控器端子或U型（或O型）接线片严重锈蚀氧化、或者接线片镀层出现问题、或者接线片与线连接不良引起的发热，则有可能使端子螺丝与其相连的导线严重发热以至于起火（已验证了此种情况可以引起温湿度控制器燃烧）。

通过模拟试验发现，因接线片氧化生锈、端子螺丝未拧紧、导线与接线片压接处氧化或压接不良，均会因接触电阻过大而产生局部高温，长期工作在局部高温（估计在600℃以上）条件下，造成恶性循环：局部氧化加剧，接触电阻进一步加大，并导致端子的绝缘碳化，引起3号端子与4号端子之间跳火产生电弧（当加热继电器或驱潮继电器只有一个接通时，3号端子与4号端子之间会有220V电压），从而引起温控器燃烧。由于3号端子和4号端子都接有加热器，即使打火也不会产生太大电流，不会立即引起空开跳闸，电弧也就不会马上熄灭。

结论：此事故是由于连接温湿度控制器的接线片接触不良引起接线片与端子连接处高温，由此导致3号端子与4号端子之间跳火产生电弧，致使温湿度控制器烧毁。

3 整改措施

1）对此事故变电站各个间隔断路器机构箱内温湿度控制器接线回路进行详细检测，检查是否存在接线压接不良现象；

2）如有接线压接不良现象，检查压接端子处是否存在元件及端子接线处导线绝缘层因过热变形变色现象；若电气元件及导线绝缘层无变形变色现象，则紧固接线端子；若存在变形变色现象，则需更换新元件；

3）降低温控器发热，进一步提高电源效率，减少其发热；建议温控器设计采用磁保持继电器，继电器始终工作在静止状态，不管继电器动作与否，不用给线圈连续加电，降低温升；

4）将温控器的接线端子由下部改到上部，万一端子发热，有助热量向上散；

5）将温控器壳体和灌封胶的阻燃等级提升到V-0级，以防止温控器着火燃烧。

温度控制器篇8

关键词：MTBE 换热器 产品质量 产品收率

一、引言

MTBE装置的醚化反应温度控制是靠从吸附器F101出来混合物料经原料预热加热至60℃左右来控制的，反应温度低，达不到醚化反应温度，反应不完全，产品中未反应碳四和甲醇含量均偏高，反应温度高，副反应加剧，则会增加产品中副产物的含量，而且原料预热温度控制也影响着反应器床层的温度分布，因此原料预热温度是控制好反应温度的关键，对醚化反应有着重要的影响。

二、装置原概状态

改造前MTBE装置只有一台原料预热器E101，E101的管程既可走冷水也可以走热水，E101出口物料温度的控制则是通过操作人员到现场互相切换E101管程的冷水和热水来实现的。尤其是在冬季生产时，E101的冷热水切换频繁，不仅增加了员工的劳动强度，在操作上带来了不便，还导致反应器F102A/B的反应温波动幅度大，波动频繁，严重影响力产品质量和产品收率。

MTBE装置进料热器（E101）将来自吸附器（F101）的碳四与甲醇混合组分加热至60℃左右后引入反应器（F102A/B）进行醚化反应。E101出口物料温度的高低直接影响着反应器中醚化反应的进行程度，现阶段E101管程既可走冷水也可以走热水，E101出口物料温度的控制则是通过操作人员到现场互相切换E101管程的冷水和热水来实现的，当反应器温度低时，现场切入热水，而当反应器温度高时则切入冷水。正常生产时反应器（F102A/B）中部温度要求控制在60℃-70℃之间，而实际生产中由于E101出口温度不宜控制平稳，F102A/B的反应温度经常在50℃-85℃之间波动。

2.存在问题

醚化反应中，温度的变化，促进了副反应的发生，是造成MTBE产品的纯度低的关键。醚化反应过程中，伴随有有少量副反应，我们通过对生产过程中温度的变化的收集数据和实际摸索，对MTBE纯度低的原因进行了分析：

2.1.引发醚化反应的温度范围比较小，物料温度低时不易引发反应，而当E101管程投入热水提高物料温度引发醚化反应后，反应温度又迅速上升不易控制，致使反应器温度经常超过80℃，反应器的温度高，虽可以提高反应速度，但二甲醚（DME）及MSBE的生成量也随反应温度的提高而增加。在此条件下，甲醇发生自聚反应生成二甲醚，同时部分异丁烯发生自聚反应。导致产品质量不合格，也引起反应器内催化剂失活，降低了催化剂的使用寿命，如果反应器的温度较低，则会造成MTBE中带有C4，影响了MTBE产品纯度。需不断通过改变反应器操作压力来降低反应器温度的办法，才能效控制副反应的发生，提高MTBE产品的纯度。这也是影响MTBE产品的重要原因。

2.2反应器温度经常在50℃至85℃之间大幅频繁波动，E101的热水和冷水需到现场频繁切换，增加了操作人员的工作量。

三、技术方案

1.流程简述：在现有流程基础上增加一台冷却器（E101B），与在用加热器（E101A）即可串联又可并联使用，新增的冷却器管程走冷水，原加热器管程走热水，正常生产时，物料流经两台换热器，通过DCS对两台换热器管程介质调节阀的共同控制，使E101出口物料温度平稳，易调。

2.装置借检修的时机，完成了此次技术改造，在保留原有原料预热器管程热水的基础上增加了一台原料冷却器（E101B），使进入反应器物料的温度易于平稳控制，减少大幅度的频繁波动。通过检修后投用情况来看，能较好稳定地控制反应器（F102A/B）的反应温度，一方面使F102A/B的反应温度较易达到醚化反应温度，另一方面又使醚化反应易于平稳，避免了反应器温度过高引起催化剂失活，延长催化剂的使用寿命。同时也降低了操作员工的劳动强度。使装置在提高产品质量和产品收率方面有了较大提高。

3.装置生产中两台换热器温度各关键操作参数 是否合理，是影响醚化反应的关键操作参数。经过反复推敲，在调整好合适的反应器入口温度基础上，通过相应调控装置生产中两台换热器温度，使反应器床层温度较以前降低，在保证反应器出口MTBE、异丁烯、甲醇含量指标的前提下，提高反应选择性，降低副反应的发生，降低了能耗，节约了资金。

四、实施效果

1.温度波动：新加冷水换热器（E101B）后，给反应器进料的温度调节提供更大的余地，而且更易于稳定控制。反应器的反应温度波动幅度明显降低，易于控制在60℃-70℃之间。

2.产品收率：通过实际生产可以看出，装置投用E101B后，反应器平稳率较投用之前有大幅的提升，平稳率较投用前提升了16.2个百分点，为装置平稳运行提供了可靠的保障。在提高反应器温度和装置平稳率的同时，装置MTBE纯度和收率也有了明显提升。E101B投用前后三个月的对比情况来看，投用后三个月MTBE收率平均值比投用前三个月产品收率平均值提升了1.52个百分点。

3.效益情况：此项目在气分-聚丙烯车间2012年7月检修期间完成施工，并于8月初开工后投用，投用后三个月MTBE收率平均值比投用前三个月产品收率平均值提升了1.52个百分点。

五、结语

MTBE装置反应器反应温度一直提高装置产品质量和收率的关键，有效地控制原料预热温度，是保障反应温度平稳的前提，为其他MTBE装置反应温度控制提供了良好的借鉴。

在日常操作过程中，控制好反应器温度能有效降低醚化反应副产物，延长催化剂使用寿命，稳定催化剂活性。通过对装置生产中两台换热器对温度的共同控制，能有效控制塔底碳四含量，提高产品质量和产品收率，是提高MTBE产品纯度的保障。

参考文献：

温度控制器篇9

【关键词】空调组件；组件温度控制；制冷系统；民用飞机

0 引言

飞机从地面升入高空时，外界环境变化居烈，可能在几分钟内就变成一个超低压、超低温、湿度几乎为零的环境。人类在这种环境中无法生存。制冷系统的功能就是将来自上游气源系统的高温高压气体，调节成温度、压力及湿度适宜的空调供气，再与再循环空气混合，经配平系统调节后供入座舱，实现座舱环境的调节[1]。

本文选取两款主流干线飞机的制冷系统进行对比分析，为现代民用飞机制冷系统的设计提供参考。

1 制冷系统的基本组成

制冷系统主要由空调组件和组件温度控制系统等组成。空调组件冷却来自气源系统的热空气，并传送至下游的分配系统。组件温度控制系统控制组件出口温度，并防止空调组件内部超温或结冰。

本文将从空调组件和组件温度控制系统两方面展开制冷系统的对比分析。

2 空调组件比较

图1和图2给出了两款机型的制冷系统原理图。两款机型均采用三轮升压式空气循环制冷系统。三轮升压式空气循环制冷系统主要部件包括初级换热器（或次热交换器）、主换热器、压气机、涡轮、风扇、水分离器、回热器和冷凝器等。来自发动机的热引气首先经过初级换热器冷却，接着进入压气机被压缩为高温高压的气体，再进入主换热器进行进一步的冷却。回热器和冷凝器可以使其温度继续降低到露点温度以下从而使湿空气形成游离水，之后在水分离器中大部分的游离水将被除去。经过除水处理的干燥空气进入涡轮膨胀冷却成为低温冷气，通过单向活门进入下游的混合器组件。两者的区别主要有以下几点：

a.机型1的热交换器是串联布置，称为初级换热器和主换热器。机型2的热交换器则为并联布置，称之为主热交换器和次热交换器。从安装角度考虑，机型1的空调组件需要更多高度方向的安装空间，而机型2的空调组件则需要更多沿机身方向的安装空间。这也与各机型的总体布置方案有关。从性能角度考虑，由于并联布置时，主换热器的冷边空气均来自外界大气，相比于串联布置时，初级换热器的冷边空气来自主换热器冷边出口，主换热器可以获得更低的热边出口温度。

b.机型1在冷凝器热边出口处有一个水分离器，机型2除在冷凝器热边出口处装有两个水分离器外，它在次级换热器出口处也布置有水分离管。这是由于在某些运行工况下，主换热器出口温度低于水蒸气露点温度，水蒸气将达到饱和，凝结成水滴，因此先将这部分水除去。

c.机型2风扇腔装有风扇旁通单向活门，当冲压空气压头大于风扇升压能力时，气流将从风扇旁通单向活门旁通以减小流阻。机型1没有此设计。

3 组件温度控制系统比较

组件温度控制系统通常由冲压空气系统、若干温度传感器、防冰或热空气旁通活门以及温度控制器等组成。

3.1 机型1组件温度控制系统功能介绍

3.1.1 机型1组件温度控制系统的基本运行原理

机型1组件温度控制系统通过组件控制器①，根据组件出口需求温度和组件出口温度传感器⑩信号来调节旁通活门②和冲压空气进气口作动筒③以获得组件出口需求温度，同时根据压气机出口温度传感器⑤保证空调组件不超温。

3.1.2 组件温度控制系统具有防、除冰功能

对于除冰模式，防冰活门④通过探测冷凝器冷热端上下游压差来探测冷凝器内是否结冰。当压差大于一定值时，防冰活门将打开，热引气被供入到涡轮出口溶化冷凝器内产生的冰。当组件温度控制器故障，安装在冷凝器冷边出口的气压式温度传感器⑨的压力将随着温度的变化而变化，防冰活门将根据该压力值打开或关闭以维持组件出口温度约为15℃。

组件控制器根据水分离器出口温度传感器⑦信号调节旁通活门，以保证水分离器出口温度在冰点以上。

3.1.3 组件温度控制系统具有超温保护功能

压气机过热温度传感器⑥用于探测压气机出口温度超温情况。当压气机出口温度超过告警温度，位于空调组件上游的流量控制系统将切断上游气源，使空调组件停止工作。气压式压气机过热温度传感器⑧也用于探测压气机出口超温情况。当组件温度控制器故障时，压气机过热温度传感器无法工作，若此时压气机出口超温，气压式压气机过热温度传感器将给出信号，要求减少进入空调组件的流量。

3.2 机型2组件温度控制系统功能介绍

3.2.1 组件温度控制系统的基本运行原理

机型2的组件温度控制器①根据位于压气机出口处的冲压空气传感器⑥信号，通过冲压空气作动筒③调节冲压空气调节板的位置，从而调节冲压空气的流量。同时通过TCV②调节热空气的配平流量，以达到组件出口需求温度。

3.2.2 组件温度控制系统具有防、除冰功能

从图2可以看出，在组件上游有一支热旁路，直接将上游引气引入涡轮外壳用于防冰。同时，组件控制器根据水分离器出口温度传感器⑦信号调节TCV，以保证水分离器出口温度在冰点以上。

备用TCV④除了作为TCV的备份外，还可以向涡轮出口提供热气除冰。

3.2.3 组件温度控制系统具有超温保护功能

机型2的空调组件具有三个过热电门：压气机过热电门⑤、涡轮过热电门⑧和组件供气过热电门⑨，当相应位置的温度超过一定值时，组件将自动关闭。

3.3 机型1与机型2组件温度控制系统对比小结

通过对两款机型组件温度控制系统的介绍，可以发现：

a.机型1采用了较多的气压式温度传感器，此类传感器可以在组件温度控制器故障时，通过气压感受温度，降级调节组件出口温度和除冰。在组件温度控制器可靠性较低的情况下，这种设计提高了组件温度控制系统的可靠性。但同时也增加了重量和控制逻辑的复杂度。

b.两款机型都采用了单独的活门用于除冰，而非采用热旁路活门兼顾。由此可见，组件的除冰设计是组件温度控制设计较为重要的部分。

4 结论

通过对两款机型的对比，得出以下结论：

a.在组件温度控制器可靠性较低的情况下，气压式温度传感器虽然可以提高组件温度控制系统的可靠性，但同时增加了重量和控制逻辑的复杂度。

b.组件的除冰设计是组件温度控制设计中较为重要的部分。

温度控制器篇10

关键词：半导体激光器，闭环控制，自动温度控制

一、半导体激光器稳恒控制

对半导体激光器进行控制，常采用自动控制的方法，其包括自动电流控制（ACC）、自动功率控制（APC）、自动温度控制（ATC）、电压恒定控制（AVC）。

自动电流控制（ACC）是对半导体激光器的注入电流进行稳恒控制的一种控制方式。即通过电流反馈控制回路，来获得最低的电流偏差。当要求驱动电流稳定时，常采用ACC工作模式。

自动功率控制（APC）是对半导体激光器的输出光功率进行稳恒控制的一种控制方式。即当LD工作时， PD将接收的部分光功率转化为监测电流，该电流与PD接收到的光功率成正比。监测电流经过电流/电压转换后，通过反馈网络与设定值进行比较，形成闭环负反馈控制。

自动温度控制（ATC）是在对半导体激光器进行控制时保证其温度恒定不变。

电压恒定控制（AVC）是在对半导体激光器进行控制时保证其驱动电压恒定不变。

通过上述分析可以看出，ACC、APC方式适用于带有温度调节的半导体激光器，配合ATC控制方式，会产生很好的效果。一般情况下，激光器的光电转换效率随着使用时间的增长而降低，以此APC控制精度优于ACC。当要求LD的驱动电压恒定时，采用AVC模式[1] 。

鉴于以上分析本文采用APC和ATC控制方式相结合驱动半导体激光器。

二、半导体激光器自动功率控制（APC）原理

为方便功率的控制，通常半导体激光器内部将半导体激光器与光电二极管集成在一起，装在同一管芯内。PD感应的光电流很小（一般为几百微安），因此，对光电流检测器的灵敏度和精度要求很高。检测器的输出信号反馈回单片机系统并通过输入端控制电流驱动模块调整输出光功率，一般将驱动模块与功率控制模块统一考虑[2] 。

自动功率控制原理框图如1-1所示。

图1-1自动功率控制原理框图

采用背向光反馈自动偏置控制方式，即用半导体激光器组件中的光电二极管检测激光器背向输出光功率。因为背向输出光功率能跟踪前向输出光功率的变化，通过闭环控制系统就可以调节激光器的工作电流，达到输出稳定光功率的目的。检测光电二极管的输出光电流，然后经过光电转换及前置放大电路，主放大电路以及滤波电路，A/D转换以后进入单片机系统，通过ADuC836单片机处理以后通过D/A转换电路反馈回恒流源电路，控制恒流值的大小，从而控制半导体激光器的光功率，达到稳定光功率的目的。

正常状态下，半导体激光器工作在设定点，流过其驱动电流I与其输出光功率处于稳定的状态。当LD因某种原因功率增大时，耦合至PD的光电流也按比例增大；当LD光功率降低时，PD的光电流相应减小。监测PD输出光电流的变化控制LD的注入电流，当输出光电流减小时，通过单片机控制增大LD的注入电流，以保证输出功率的稳定；反之，若输出光电流增大时，则降低LD的注入电流。

自动功率控制是以稳定输出功率为目的，以输出光功率作为反馈信号，控制驱动电流源，以消除温度和浪涌等因素造成的输出功率的不稳定。

入射光强Pin与光电流Im的关系如公式（1-1）所示[3]：

式中R：光电二极管的响应度，可由所使用的半导体激光器组件参数求得。

三、半导体激光器自动温度控制（ATC）原理

温度是LD性能恶化、寿命减少的主要因素，温度升高使输出功率下降，并且影响波长的稳定性[4]。目前已经提出了很多种半导体激光器温控电路，采用模拟技术和数字技术，但高精度温度控制并不是一件容易实现的事情。本文在软件上采用PID（Proportion，Integrator，Differentiator）控制技术及模糊控制作为核心，以减少静态误差、提高控制精度。

自动温度控制（ATC）电路系统原理框图如图1-2所示。

图1-2自动温度控制原理框图

自动温度控制（ATC）系统包括：采样部分、转换部分、单片机系统部分和制冷控制部分[9]。半导体激光器工作时，随时间的推移其温度会逐渐升高，测温传感器将温度变化的信号转换成电阻信号，由温度—电压转换电路（T/V）将信号转换为电压信号以便后续处理，仪表运算放大电路是将电压信号进行高精度放大以利于A/D转换，由于本文所选的单片机自带A/D转换器，可直接将代表温度的信号从A/D转换模拟通道输入到单片机系统，单片机系统经过PID算法处理后由输出端口输出数字控制信号到D/A转换电路，经过D/A转换的模拟控制信号就可以控制半导体制冷器的驱动电路，达到控制半导体制冷器的电流及制冷功率，从而保证半导体激光器温度恒定。

温度传感器采用负温度系数热敏电阻，其工作原理是将温度的变化转化为自身电阻的变化。因此，测温的精度取决于这个电阻值的变化转换为电压变化过程的精度。将电阻值的变化转换为电压的变化常采用电桥方法，并用仪表运算放大电路保证信号转换和传输。控制程序采用PID控制算法控制帕耳帖的电流，来控制帕耳帖的制冷量，实现半导体激光器的恒温度控制。自动温度控制电路通过改变半导体制冷器上的电流大小和方向，对半导体激光器进行加热或制冷，来控制其温度，使功率稳定输出。当半导体激光器温度升高时，制冷器制冷，其温度下降；当半导体激光器温度降低时，制冷器加热，其温度上升。

四、总结

本文主要介绍了半导体激光器的四种驱动方式及各种方式的优缺点；并详细给出了本课题所采用的自动功率控制、自动温度控制的工作原理。自动功率控制是采用光电二极管的输出电流，处理后与设定值比较来调整激光器的工作电流，从而实现激光器功率闭环控制。自动温度控制是通过热敏电阻采集激光器的温度，将得到的温度值与设定值进行比较，从而控制TEC驱动电路中电流的流向及大小。

参考文献：

E.Di chio， M. Ciaccia. Automatic Control in Semiconductor Laser Applications for Optoelectronic Systems [J].Electrotechnical.Bari， 1996， 3：1328-1331.

Chih-Hsien Lin，I-Chen Yao，Chun-Cheng Kuo.Shyh-Jye Jou.2.5 GbPs CMOS Laser-diode Driver with APC and Digitally Controlled Current Modulation[J]. ASIC.

IEEE Asia-Pacific Conferenee， 2002， 77-80.