一種應用在氫焰色譜儀的pid自整定系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種應用在氫焰色譜儀的PID自整定系統，該系統微控制單元；溫度采集模塊，其輸出端電路連接所述的微控制單元；加熱控制模塊，其輸出端電路連接加熱防死機模塊；加熱防死機模塊，其輸入端電路連接微控制單元，輸出端電路連接加熱控制模塊；電源變換單元，其輸出端電路連接微控制單元；通訊模塊，其與所述的微控制單元雙向電路連接。該系統可以精確的控制氫焰色譜儀的保溫箱內溫度，對氣測錄井時的井下油氣水層信號進行很好的分離和分析評價，為氣測錄井提供重要的依據。
【專利說明】一種應用在氫焰色譜儀的PID自整定系統
【技術領域】
[0001] 本實用新型特別涉及一種應用在氫焰色譜儀的PID自整定系統。
【背景技術】
[0002] 溫度是工業對象中一個主要的被控參數，隨著通訊等精密領域的發展，高精度的 溫度控制儀有了極其廣泛的應用前景。傳統的溫度控制較多地使用純模擬電路并采用繼電 器一接觸器或者雙向晶閘管進行模擬部分驅動控制器件。但是純模擬電路溫度控制有很 多不足之處，比如：模擬電路設計復雜、控制精度不高、控制參數的調整主要依靠經驗數據， 很難做到動態調節、系統操作復雜，不利于遠程控制、實時控制以及數據的實時采集等等。
[0003] 因此，根據上述現狀，非常有必要開發一種具有控制精度高、控制溫度范圍大、控 制響應速度快的PID溫度控制系統。 實用新型內容
[0004] 本實用新型的目的是提供一種應用在氫焰色譜儀的PID自整定系統，該系統可以 精確的控制氫焰色譜儀的保溫箱內溫度，對氣測錄井時的井下油氣水層信號進行很好的分 離和分析評價，為氣測錄井提供重要的依據。
[0005] 為了實現以上目的，本實用新型是通過以下技術方案實現的：
[0006] -種應用在氫焰色譜儀的PID自整定系統，其特點是，包含：
[0007] 微控制單元；
[0008] 溫度采集模塊，其輸出端電路連接所述的微控制單元；
[0009] 加熱控制模塊，其輸出端電路連接加熱防死機模塊；
[0010] 加熱防死機模塊，其輸入端電路連接微控制單元，輸出端電路連接加熱控制模 塊；
[0011] 電源變換單元，其輸出端電路連接所述的微控制單元；
[0012] 通訊模塊，其與所述的微控制單元雙向電路連接。
[0013] 所述的微控制單元為單片機。
[0014] 所述的溫度采集模塊包含溫度傳感器、信號放大處理電路和AD采樣芯片；
[0015] 所述的溫度傳感器的輸出端通過全電橋連接至信號放大處理電路；
[0016] 所述的信號放大處理電路的輸出端連接至采樣芯片，其與微控制單元進行數據傳 輸。
[0017] 所述的加熱控制模塊包含固態繼電器、三極管和加熱棒；所述的固態繼電器輸出 端連接三極管，所述的三極管驅動加熱棒并控制溫度。
[0018] 所述的加熱防死機模塊包含單穩態觸發器和與門芯片；所述的單穩態觸發器輸出 端與所述與門芯片輸入端相連；
[0019] 所述的與門芯片輸出端與加熱棒相連。
[0020] 所述的電源變換單元通過直流轉直流和線性變換，為所述PID自整定系統供電。
[0021] 所述的通訊單元與外部計算機相連，使得微控制單元通過通訊單元與外部的計算 機數據交換。
[0022] 本實用新型與現有技術相比，具有以下優點：
[0023] 本實用新型通過PID自整定系統自整定出來的三個參數比例系數（Kp)、積分時 間常數（Ti)和微分時間常數（Td)進行PID控制能精確的把溫度控制在80°C，精度達到 ±0. 1°C，很好的對井下氣層、輕質油層、油氣同層及水合氣層中的烴類進行有效區分和分 析評價，為氣測錄井提供重要的依據。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024] 圖1為本實用新型一種應用在氫焰色譜儀的PID自整定系統的系統模塊圖。
【具體實施方式】
[0025] 以下結合附圖，通過詳細說明一個較佳的具體實施例，對本實用新型做進一步闡 述。
[0026] 如圖1所示，一種應用在氫焰色譜儀的PID自整定系統，包含：微控制單元（MCU) 1 ;溫度采集模塊2,其輸出端電路連接所述的微控制單元1 ;加熱控制模塊3,其輸出端電路 連接加熱防死機模塊4 ;加熱防死機模塊4,其輸入端電路連接微控制單元1，輸出端電路連 接加熱控制模塊3 ;電源變換單元5,其輸出端電路連接所述的微控制單元1 ;通訊模塊6， 其與所述的微控制單元1雙向電路連接。本實施例中，MCU采用型號為DSPIC30F的單片機。
[0027] 溫度采集模塊2包含溫度傳感器、信號放大處理電路和AD采樣芯片。本實施例中， 采用型號為PT100作為溫度傳感器，量程為(T40(TC，其輸出信號為mV級。溫度傳感器的 輸出端通過全電橋連接至信號放大處理電路，采用低功率高精密放大器差分放大方式進行 信號處理，信號放大處理電路的輸出端連接至AD采樣芯片，該AD采樣芯片為24位，AD芯 片采樣2400個點并求平均值作為PT100的輸出值，根據溫度傳感器的輸出值與設定的溫度 值進行比較和控制。溫度傳感器測得保溫箱內的環境溫度通過SPI通訊與MCU進行數據傳 輸，并且每Is發送測量的溫度值給上位機上進行顯示。
[0028] 加熱控制模塊3包含固態繼電器、三極管和加熱棒；所述的固態繼電器輸出端 連接三極管，所述的三極管驅動加熱棒并控制溫度。氫焰色譜儀中設定溫度為80°C，在 80±5°C內首先進行PID自整定，用PID自整定出來的三個參數Kp、Ti、Td，每4s進行一次 PID控制。當溫度<75°C時，加熱棒全功率加熱，當溫度彡85°C時，加熱棒停止工作。整個 自整定過程都由單片機控制完成，穩定可靠。氫焰色譜儀的保溫箱尺寸為40*20*10 (cm)，保 溫箱內部加有保溫材料，側邊裝有風扇有助于進行空氣流動。實時采集的溫度傳感器輸出 值，PID自整定系統自整定三個參數Kp、Ti、Td (其中Kp為比例系數；Ti為積分時間常數； Td為微分時間常數）以及PID控制的三個中間變量fp、fi、fd (其中fp為比例控制單元；fi 為積分控制單元；fd為微分控制單元）和加熱棒的加熱功率及加熱時間，都可通過RS232 接口和與上層軟件的通信協議在上位機上進行顯示。自整定結束以后若控制效果不理想還 可通過上位機調試界面進行在線調節PID的Kp、Ti、Td三個參數的值，直到達到滿意控制 要求為止。這種用在氫焰色譜儀的PID自整定系統可以控制保溫箱內的溫度在80±0. 1°C 內。這樣就可以很好的對井下氣層、輕質油層、油氣同層及水合氣層中的烴類進行有效區分 和分析評價。
[0029] 加熱防死機模塊4包含固態繼電器、三極管和加熱棒；所述的固態繼電器輸出端 連接三極管，所述的三極管驅動加熱棒并控制溫度。當MCU運行時會不斷地向單穩態觸發 器發送串行控制數據控制加熱棒正常工作，當MCU死機時會停止發送控制數據，加熱棒就 會被切斷控制停止工作。本實施例中，采用型號為74HCT123的單穩態觸發器。
[0030] 電源模塊5包含電源變換電路，其通過直流轉直流（DC/DC)轉換和線性變換為單 片機及其他電路模塊提供工作電壓，使得PID自整定系統能在穩定電源下正常工作。
[0031] 通訊單元6與外部計算機相連，使得微控制單元1通過通訊單元6與外部的計算 機數據交換。
[0032] 本實用新型的PID自整定系統具體工作流程如下：
[0033] 溫度傳感器從氫焰色譜儀開機上電開始實時的監測保溫箱內的溫度值。上位機界 面上有進行自整定的按鈕，按下自整定按鈕則整個系統在保溫箱溫度< 75°C時，加熱棒全 功率加熱，保溫箱溫度> 85°C時，加熱棒停止工作，保溫箱溫度在80±5°C時進行PID自整 定。PID自整定的三個參數Kp、Ti、Td存貯在MCU內EEPR0M存貯器中，然后用PID自整定 出來的三個參數Kp、Ti、Td每4s進行一次PID控制。PID控制的三個中間參數fp、fi、fd控 制加熱棒的加熱功率及加熱時間，最后使保溫箱內的溫度保持在設定的溫度值80±0. 1°C 范圍內。實時采集的溫度傳感器輸出值，PID自整定三個參數Kp、Ti、Td以及PID控制的三 個中間變量fp、fi、fd和加熱棒的加熱功率、加熱時間都可通過RS232接口和與上層軟件的 通信協議在上位機上進行顯示。自整定結束以后若控制效果不理想還可通過上位機調試界 面進行在線調節PID的Kp、Ti、Td三個參數的值，直到達到滿意控制要求為止。當需要進行 PID自整定時就在上位機的界面按下自整定按鈕，PID控制就會讀取MCU內EEPR0M存貯器 中的Kp、Ti、Td進行PID控制。之后氫焰色譜儀會一直用這組參數進行溫度控制，只有再次 按下PID自整定按鈕系統會自整定另一組PID參數Kp、Ti、Td進行PID控制。
[0034] 綜上所述，本實用新型一種應用在氫焰色譜儀的PID自整定系統，該系統可以精 確的控制保溫箱內的溫度，對氣測錄井時的井下油氣水層信號進行很好的分離和分析評 價，為氣測錄井提供重要的依據。
[0035] 盡管本實用新型的內容已經通過上述優選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上 述的描述不應被認為是對本實用新型的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容后，對于 本實用新型的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本實用新型的保護范圍應由所附 的權利要求來限定。
【權利要求】
1. 一種應用在氫焰色譜儀的PID自整定系統，其特征在于，包含： 微控制單元（1); 溫度采集模塊（2 )，其輸出端電路連接所述的微控制單元（1); 加熱控制模塊（3 )，其輸出端電路連接加熱防死機模塊（4 ); 加熱防死機模塊（4)，其輸入端電路連接微控制單元（1)，輸出端電路連接加熱控制模 塊（3); 電源變換單元（5)，其輸出端電路連接所述的微控制單元（1); 通訊模塊（6 )，其與所述的微控制單元（1)雙向電路連接。
2. 如權利要求1所述的應用在氫焰色譜儀的PID自整定系統，其特征在于，所述的微控 制單元（1)為單片機。
3. 如權利要求1所述的應用在氫焰色譜儀的PID自整定系統，其特征在于，所述的溫度 采集模塊（2)包含溫度傳感器、信號放大處理電路和AD采樣芯片； 所述的溫度傳感器的輸出端通過全電橋連接至信號放大處理電路； 所述的信號放大處理電路的輸出端連接至采樣芯片，其與微控制單元（1)進行數據傳 輸。
4. 如權利要求1所述的應用在氫焰色譜儀的PID自整定系統，其特征在于，所述的加熱 控制模塊（3)包含固態繼電器、三極管和加熱棒；所述的固態繼電器輸出端連接三極管，所 述的三極管驅動加熱棒并控制溫度。
5. 如權利要求4所述的應用在氫焰色譜儀的PID自整定系統，其特征在于，所述的加熱 防死機模塊（4)包含單穩態觸發器和與門芯片；所述的單穩態觸發器輸出端與所述與門芯 片輸入端相連； 所述的與門芯片輸出端與加熱棒相連。
6. 如權利要求1所述的應用在氫焰色譜儀的PID自整定系統，其特征在于，所述的電源 變換單元（5)通過直流轉直流和線性變換，為所述PID自整定系統供電。
7. 如權利要求1所述的應用在氫焰色譜儀的PID自整定系統，其特征在于，所述的通訊 單元（6)與外部計算機相連，使得微控制單元（1)通過通訊單元（6)與外部的計算機數據交 換。
【文檔編號】G01N30/02GK203870407SQ201320886448
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2013年12月31日 優先權日:2013年12月31日
【發明者】趙要強, 王培培 申請人:上海神開石油設備有限公司, 上海神開石油化工裝備股份有限公司