CN203870407U - 一种应用在氢焰色谱仪的pid自整定系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种应用在氢焰色谱仪的PID自整定系统，该系统微控制单元；温度采集模块，其输出端电路连接所述的微控制单元；加热控制模块，其输出端电路连接加热防死机模块；加热防死机模块，其输入端电路连接微控制单元，输出端电路连接加热控制模块；电源变换单元，其输出端电路连接微控制单元；通讯模块，其与所述的微控制单元双向电路连接。该系统可以精确的控制氢焰色谱仪的保温箱内温度，对气测录井时的井下油气水层信号进行很好的分离和分析评价，为气测录井提供重要的依据。
Description
技术领域
本实用新型特别涉及一种应用在氢焰色谱仪的PID自整定系统。
背景技术
温度是工业对象中一个主要的被控参数，随着通讯等精密领域的发展，高精度的温度控制仪有了极其广泛的应用前景。传统的温度控制较多地使用纯模拟电路并采用继电器--接触器或者双向晶闸管进行模拟部分驱动控制器件。但是纯模拟电路温度控制有很多不足之处，比如：模拟电路设计复杂、控制精度不高、控制参数的调整主要依靠经验数据，很难做到动态调节、系统操作复杂，不利于远程控制、实时控制以及数据的实时采集等等。
因此，根据上述现状，非常有必要开发一种具有控制精度高、控制温度范围大、控制响应速度快的PID温度控制系统。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种应用在氢焰色谱仪的PID自整定系统，该系统可以精确的控制氢焰色谱仪的保温箱内温度，对气测录井时的井下油气水层信号进行很好的分离和分析评价，为气测录井提供重要的依据。
为了实现以上目的，本实用新型是通过以下技术方案实现的：
一种应用在氢焰色谱仪的PID自整定系统，其特点是，包含：
微控制单元；
温度采集模块，其输出端电路连接所述的微控制单元；
加热控制模块，其输出端电路连接加热防死机模块；
加热防死机模块，其输入端电路连接微控制单元，输出端电路连接加热控制模块；
电源变换单元，其输出端电路连接所述的微控制单元；
通讯模块，其与所述的微控制单元双向电路连接。
所述的微控制单元为单片机。
所述的温度采集模块包含温度传感器、信号放大处理电路和AD采样芯片；
所述的温度传感器的输出端通过全电桥连接至信号放大处理电路；
所述的信号放大处理电路的输出端连接至采样芯片，其与微控制单元进行数据传输。
所述的加热控制模块包含固态继电器、三极管和加热棒；所述的固态继电器输出端连接三极管，所述的三极管驱动加热棒并控制温度。
所述的加热防死机模块包含单稳态触发器和与门芯片；所述的单稳态触发器输出端与所述与门芯片输入端相连；
所述的与门芯片输出端与加热棒相连。
所述的电源变换单元通过直流转直流和线性变换，为所述PID自整定系统供电。
所述的通讯单元与外部计算机相连，使得微控制单元通过通讯单元与外部的计算机数据交换。
本实用新型与现有技术相比，具有以下优点：
本实用新型通过PID自整定系统自整定出来的三个参数比例系数（Kp）、积分时间常数（Ti）和微分时间常数（Td）进行PID控制能精确的把温度控制在80℃，精度达到±0.1℃，很好的对井下气层、轻质油层、油气同层及水合气层中的烃类进行有效区分和分析评价，为气测录井提供重要的依据。
附图说明
图1为本实用新型一种应用在氢焰色谱仪的PID自整定系统的系统模块图。
具体实施方式
以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本实用新型做进一步阐述。
如图1所示，一种应用在氢焰色谱仪的PID自整定系统，包含：微控制单元（MCU）1；温度采集模块2，其输出端电路连接所述的微控制单元1；加热控制模块3，其输出端电路连接加热防死机模块4；加热防死机模块4，其输入端电路连接微控制单元1，输出端电路连接加热控制模块3；电源变换单元5，其输出端电路连接所述的微控制单元1；通讯模块6，其与所述的微控制单元1双向电路连接。本实施例中，MCU采用型号为DSPIC30F的单片机。
温度采集模块2包含温度传感器、信号放大处理电路和AD采样芯片。本实施例中，采用型号为PT100作为温度传感器，量程为0~400℃，其输出信号为mV级。温度传感器的输出端通过全电桥连接至信号放大处理电路，采用低功率高精密放大器差分放大方式进行信号处理，信号放大处理电路的输出端连接至AD采样芯片，该AD采样芯片为24位，AD芯片采样2400个点并求平均值作为PT100的输出值，根据温度传感器的输出值与设定的温度值进行比较和控制。温度传感器测得保温箱内的环境温度通过SPI通讯与MCU进行数据传输，并且每1s发送测量的温度值给上位机上进行显示。
加热控制模块3包含固态继电器、三极管和加热棒；所述的固态继电器输出端连接三极管，所述的三极管驱动加热棒并控制温度。氢焰色谱仪中设定温度为80℃，在80±5℃内首先进行PID自整定，用PID自整定出来的三个参数Kp、Ti、Td，每4s进行一次PID控制。当温度≤75℃时，加热棒全功率加热，当温度≥85℃时，加热棒停止工作。整个自整定过程都由单片机控制完成，稳定可靠。氢焰色谱仪的保温箱尺寸为40*20*10(cm)，保温箱内部加有保温材料，侧边装有风扇有助于进行空气流动。实时采集的温度传感器输出值，PID自整定系统自整定三个参数Kp、Ti、Td（其中Kp为比例系数；Ti为积分时间常数；Td为微分时间常数） 以及PID控制的三个中间变量fp、fi、fd（其中fp为比例控制单元；fi为积分控制单元；fd为微分控制单元）和加热棒的加热功率及加热时间，都可通过RS232接口和与上层软件的通信协议在上位机上进行显示。自整定结束以后若控制效果不理想还可通过上位机调试界面进行在线调节PID的Kp、Ti、Td三个参数的值，直到达到满意控制要求为止。这种用在氢焰色谱仪的PID自整定系统可以控制保温箱内的温度在80±0.1℃内。这样就可以很好的对井下气层、轻质油层、油气同层及水合气层中的烃类进行有效区分和分析评价。
加热防死机模块4包含固态继电器、三极管和加热棒；所述的固态继电器输出端连接三极管，所述的三极管驱动加热棒并控制温度。当MCU运行时会不断地向单稳态触发器发送串行控制数据控制加热棒正常工作，当MCU死机时会停止发送控制数据，加热棒就会被切断控制停止工作。本实施例中，采用型号为74HCT123的单稳态触发器。
电源模块5包含电源变换电路，其通过直流转直流（DC/DC）转换和线性变换为单片机及其他电路模块提供工作电压，使得PID自整定系统能在稳定电源下正常工作。
通讯单元6与外部计算机相连，使得微控制单元1通过通讯单元6与外部的计算机数据交换。
本实用新型的PID自整定系统具体工作流程如下：
温度传感器从氢焰色谱仪开机上电开始实时的监测保温箱内的温度值。上位机界面上有进行自整定的按钮，按下自整定按钮则整个系统在保温箱温度≤75℃时，加热棒全功率加热，保温箱温度≥85℃时，加热棒停止工作，保温箱温度在80±5℃时进行PID自整定。PID自整定的三个参数Kp、Ti、Td存贮在MCU内EEPROM存贮器中，然后用PID自整定出来的三个参数Kp、Ti、Td每4s进行一次PID控制。PID控制的三个中间参数fp、fi、fd控制加热棒的加热功率及加热时间，最后使保温箱内的温度保持在设定的温度值80±0.1℃范围内。实时采集的温度传感器输出值，PID自整定三个参数Kp、Ti、Td以及PID控制的三个中间变量fp、fi、fd和加热棒的加热功率、加热时间都可通过RS232接口和与上层软件的通信协议在上位机上进行显示。自整定结束以后若控制效果不理想还可通过上位机调试界面进行在线调节PID的Kp、Ti、Td三个参数的值，直到达到满意控制要求为止。当需要进行PID自整定时就在上位机的界面按下自整定按钮，PID控制就会读取MCU内EEPROM存贮器中的Kp、Ti、Td进行PID控制。之后氢焰色谱仪会一直用这组参数进行温度控制，只有再次按下PID自整定按钮系统会自整定另一组PID参数Kp、Ti、Td进行PID控制。
综上所述，本实用新型一种应用在氢焰色谱仪的PID自整定系统，该系统可以精确的控制保温箱内的温度，对气测录井时的井下油气水层信号进行很好的分离和分析评价，为气测录井提供重要的依据。
尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (7)
1.一种应用在氢焰色谱仪的PID自整定系统，其特征在于，包含：
微控制单元（1）；
温度采集模块（2），其输出端电路连接所述的微控制单元（1）；
加热控制模块（3），其输出端电路连接加热防死机模块（4）；
加热防死机模块（4），其输入端电路连接微控制单元（1），输出端电路连接加热控制模块（3）；
电源变换单元（5），其输出端电路连接所述的微控制单元（1）；
通讯模块（6），其与所述的微控制单元（1）双向电路连接。
2.如权利要求1所述的应用在氢焰色谱仪的PID自整定系统，其特征在于，所述的微控制单元（1）为单片机。
3.如权利要求1所述的应用在氢焰色谱仪的PID自整定系统，其特征在于，所述的温度采集模块（2）包含温度传感器、信号放大处理电路和AD采样芯片；
所述的温度传感器的输出端通过全电桥连接至信号放大处理电路；
所述的信号放大处理电路的输出端连接至采样芯片，其与微控制单元（1）进行数据传输。
4.如权利要求1所述的应用在氢焰色谱仪的PID自整定系统，其特征在于，所述的加热控制模块（3）包含固态继电器、三极管和加热棒；所述的固态继电器输出端连接三极管，所述的三极管驱动加热棒并控制温度。
5.如权利要求4所述的应用在氢焰色谱仪的PID自整定系统，其特征在于，所述的加热防死机模块（4）包含单稳态触发器和与门芯片；所述的单稳态触发器输出端与所述与门芯片输入端相连；
所述的与门芯片输出端与加热棒相连。
6.如权利要求1所述的应用在氢焰色谱仪的PID自整定系统，其特征在于，所述的电源变换单元（5）通过直流转直流和线性变换，为所述PID自整定系统供电。
7.如权利要求1所述的应用在氢焰色谱仪的PID自整定系统，其特征在于，所述的通讯单元（6）与外部计算机相连，使得微控制单元（1）通过通讯单元（6）与外部的计算机数据交换。
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| CN112947632A (zh) * | 2021-04-02 | 2021-06-11 | 江苏乐尔环境科技股份有限公司 | 一种应用于色谱温度控制的装置及其温度控制方法 |
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