一、前言
自动控制系统在各个领域尤其是工业领域中有着及其广泛的应用，温度控制是控制系统中最为常见的控制类型之一。随着科学技术的飞速发展，工业领域对于温度自动化控制系统的要求越来越高，工业热处理车间集散化控制也成为了自动控制领域的一个重要发展方向。辉达工控为您介绍一般适用的电炉温度控制系统的控制原理、硬件组成及软件组成。
二、电炉温度控制器的控制原理
温控系统主要由温度传感器、温度调节仪、执行装置、被控对象四个部分组成，被控制对象是大容量、大惯性的电热炉温度对象，是典型的多阶容积迟后特性，在工程上往往近似为包含有纯滞后的二阶容积迟后；由于被控对象电容量大，通常采用可控硅作调节器的执行器。
调节加热炉的温度，在工业上是通过在设定周期范围内，将电路接通几个周波，然后断开几个周波，改变晶闸管在设定周期内通断时间的比例，来调节负载两端交流平均电压即负载功率，这就是通常所说的调功器.
根据炉温对给定温度的偏差，自动接通或断开供给炉子的热源能量，或连续改变热源能量的大小，使炉温稳定有给定温度范围，以满足热处理工艺的需要。温度自动控制常用调节规律有二位式、三位式、比例、比例积分和比例积分微分等几种。电阻炉炉温控制是这样一个反馈调节过程，比较实际炉温和需要炉温得到偏差，通过对偏差的处理获得控制信号，去调节电阻炉的热功率，从而实现对炉温的控制。按照偏差的比例、积分和微分产生控制作用（PID控制），是过程控制中应用最广泛的一种控制形式。
系统控制程序采用两重中断嵌套方式设计。首先使T0计数器产生定时中断，作为本系统的采样周期。在中断服务程序中启动A/D，读入采样数据，进行数字滤波、上下限报警处理，PID计算，然后输出控制脉冲信号。脉冲宽度由T1计数器溢出中断决定。在等待T1中断时，将本次采样值转换成对应的温度值放入显示缓冲区，然后调用显示子程序。从T1中断返回后，再从T0中断返回主程序并且、继续显示本次采样温度，等待下次T0中断。
根据生产现场的运行情况，这种控温方法，精度比较高，系统性能稳定，满足生产的实际需要。主要设备:热电偶或热电阻,智能PID温控仪,可控硅触发调功器等。
三、电炉温度控制系统的硬件部分
整个控制系统采用模块化的结构。主电路由空开、接触器、快速熔断器、可控硅模块（带散热器），冷却风扇及相关监测和保护电路组成，监测及控制电路包括热电偶、智能PID温度控制模块、可控硅触发模块、电流互感器、电流变送器、电压变送器、智能多回路数据采集器等组成。其他辅助电路包括指示灯、按钮、开关、报警器等。
炉温控制系统主控模块采用武汉辉达工控技术有限公司研发设计的HD-M-ZA5000系列一体化智能触发PID温控模块进行炉温的控制。该智能PID温控触发模块集PID调节与可控硅触发输出功能于一体，既可实现常规PID仪表的温度自动PID调节控制功能，还可根据输入信号、实际反馈信号与PID运算调节可控硅触发导通角的大小，实时监测并自动调节控制可控硅起到控制炉温的功能。
HD-M-ZA5000系列一体化智能触发PID温控模块具有RS-485通讯接口，采用标准MODBUS-RTU通讯协议，支持多种通信波特率，最高可达19.2Kbps。通信接口具有高电压、大电流冲击等保护功能，通过MODBUS-RTU通讯可实现模块与触模屏、上位机等人机界面操作。
HD-M-ZA5000系列一体化智能触发PID温控模块带I2C显示接口，支持外部扩展数显手持设定面板，配置后可按键查看、设置所有参数，从而实现了其常规仪表面板按键式操作。
HD-M-ZA5000系列一体化智能触发PID温控模块具有先进的智能PID控制算法，具有完美的自整定、自适应功能，多种量程设定，可根据设置的工艺曲线（可设置50段）分别设定升温速度、保温精度和降温速度；实现升温斜率、保温温度、保温时间和降温的自动调节控制，并可显示理论值和实测值，提高了控制水平和控温精度；采用AC100-240V宽范围工作电源，使用时无须担心电源电压变化波动。
HD-M-ZA5000系列一体化智能触发PID温控模块能够自动或手动调节可控硅输出功率的大小，这样可以更好的控制炉膛内的炉温均匀性，手动调节功率后，系统会根据手动调节的功率来进行自动控温，操作方便，控温精确。
四、电炉温度控制系统的软件部分
系统采用ＭＣＧＳ触摸屏进行ＨＭＩ人机界面组态，该触摸屏控制软件菜单和界面操作 简单，程序功能完善齐全，结构清晰，独立性强，占用系统资源小，更好的保证数据的实时 性和可靠性，同时，调试和维护十分方便。本系统有两种控温方式定值控温和时间程序控温。
在定值控温模式下，通过 PID 自动控制调节输出，使炉温保持定值。在时间程序控温下，用户可编辑时间程序对炉温进行分段控制，可自定义每段时间程序的升温速率、温度设定值、 恒温时间参数，可满足用户对不同工艺的需求。
整个系统的物理结构采用三层分布式网络架构，第一层为现场一次设备数据采集传感器 温度、压力传感器等）；第二层为智能温度调节模块（或者 PLC 等智能单元）；第三层为触摸屏控制系统，通过现场总线监控与控制单元通讯，组成 DCS 系统，具体物理结构图如下。
触摸屏实时显示采集温度、设定温度、时间段、总运行时间、当前时间、当前功率、三相负载电流电压、参数设定、加热工艺下载、报警显示、炉门台车与风门控制等参数。该触摸屏支持MODBUS-TCP及MOBUS-TCP数据转发功能，从而能够将屏的数据转发至上位机，由上位机实现更全的人机操作及数据记录等功能。
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