ATC20A微机自动温度控制器的工作原理与应用研究.pdf

科学技术创新 2023.26ATC20A 微机自动温度控制器的工作原理与应用研究傅光彩（福建龙净环保股份有限公司，福建 龙岩）引言在火电厂中，为了防止电除尘器灰斗中收集的灰不受潮板结而堵塞灰斗，使灰斗的外壁温度保持在处理烟气的露点以上，除了保证灰斗的气密性外，还需在灰斗的外表面设置可靠加热1。由于灰的温度降低及灰中吸附大量的 SO3，导致灰的湿度和黏度提高，增加了灰斗及输灰管堵塞风险2-3。因此，温控系统是除尘器必不可少的一个重要装置。ATC20A 是一种微机自动温度控制器，可实现对温度的精确检测与稳定控制，在电加热控制系统中应用广泛。为了加深对 ATC20A 工作原理的理解，指导设备的正确使用与维护，本文对 ATC20A 微机自动温度控制器的工作原理与应用进行了介绍。其系统具备以下功能：（1）控制回路多，具有 16 个恒温控制回路和 4 个测温回路；（2）功能强大，具备多种故障报警与保护功能；技术先进，集成度高、控制精度高、抗干扰能力强；（3）网络化，可实现多台 ATC20A之间的连接与集中监控；（4）操作简单，大部分参数设置可在上位机完成。1系统回路工作原理1.1回路工作原理ATC20A 系统由主控板、输出板和外接端子板三部分组成。工作原理如图 1 所示，输出板与手动/自动/停止转换开关相连，可对各通道实现强制开关操作。根据设置好的参数，控制器运行时就对相应的通道进行测温或恒温控制，控制输出来启停相应的接触器，作者简介：傅光彩（1981-），男，本科，工程师，研究方向：电子技术应用。摘要：对 ATC20A 微机自动温度控制器的工作原理与应用研究进行了描述。首先介绍了 ATC20A 的主要技术特点，包括控制回路多、功能强、技术先进等，然后阐述了 ATC20A 的回路工作原理和温度控制原理，接着描述了 ATC20A 的系统组成及工作原理，并对自动温度控制器在火电厂除尘器保温箱及灰斗加热应用进行了介绍。研究表明，ATC20A 集成度高、控制精度高，可实现温度的准确检测与控制，运用广泛。关键词：ATC20A；温度控制器；回路原理；电除尘器；电加热中图分类号院TP23文献标识码院A文章编号院2096-4390渊2023冤26-0060-04图 1ATC20A 回路工作原理60-2023.26 科学技术创新最后控制加热器，接触器再返回一个实际的状态给控制器（如图 1 中 J1 的辅助触点就是返回点）。1.2温度控制原理ATC20A 具有 16 通道恒温控制功能，并采用上、下限区间控制的形式实现恒温控制；具有自动、强制开、强制关或取消每一通道的功能。每一温度控制通道由以下 3 部分组成：（1）测温输入端 1 个；（2）控制 I/O 输出端 1 个；（3）返回 I/O 输入端 1个。其控制逻辑如图 2 所示，当被测对象的温度达到控制区间上限时，控制 I/O 输出使双向可控硅断开，从而使交流接触器断开，避免被测对象继续加热。当温度达到控制区间下限时，控制 I/O 输出使双向可控硅接通，从而使交流接触器吸合通电加热，让被测对象进行加热。其中的返回 I/O 输入逻辑来自交流接触器的辅助触点，用于进行闭环检测。当辅助触点与控制输出的逻辑不相符时，产生不对应报警。为了保证系统可靠工作，当温度失灵，温度超过/低于报警上限（设定温度+温控区间）/下限温度（设定温度-温控区间）时，也进行报警。2ATC20A 工作原理ATC20A 使用 AT89C52 单片机4作为控制核心，采用 PT-100 铂热电阻传感器为测温元件，温度的变化引起电阻的变化，通以恒流源后转变为电压的变化。变化的电压信号经 A/D 转换后，送到 CPU 进行相关处理得到相应的温度值。主控板由单片机（AT89C525）、串行 EEPROM、单相双向功率/能量芯片（CS5460A6）、扩展 IO 和 RAM 芯片（MSM81C55）、多路模拟开关（4067）、双通道通用运放（LM358）、光耦隔离器（TLP521-4）等其他外围器件组成。根据采集回来的温度和设定的参数，CPU 保存相关的参数，并作输出、输入、报警等相关处理。工作原理如图 3 所示，体现了控制各部分单元电路之间的连接关系。2.1系统结构介绍ATC20A 系统包含主控板、输出板和外接端子板。主控板实现温度信号采集、控制判断及数据通信功能，输出板完成数模转换后对加热器的驱动控制。主控板采用 AT89C52 单片机、CS5460A A/D 转换器实现温度检测。MAX706 及周边电路构成看门狗独立保护电路，MSM81C55 芯片扩展了 I/O 功能，TLP521-4 组成光耦隔离输入单元，电源模块为系统提供稳定电源。图 2温度控制逻辑图 3ATC20A 工作原理61-科学技术创新 2023.26输出板使用 TLP181GB 光耦7-8和 BTA12/600 双向硅控制器驱动 220V 接触器，实现对加热器的控制。三极管和跳线实现手动/自动切换功能。2.2产品的功能介绍（1）恒温控制功能：具有 16 通道可配置的恒温控制功能，并采用上、下限区间控制的形式实现恒温控制；具有自动、强制开、强制关和禁止通道的功能。（2）测温功能：具有 20 通道测温并显示功能。（3）开关量输入功能：可采集和显示 64 位的输入开关量，根据工程实际需要，可作为状态返回或普通开关量输入。所有的输入开关量还可配置使用或者不使用，使用时还有输入闭合报警或闭合不报警的功能。（4）故障报警和保护功能：具有温度超限（AH）报警，输出状态与接触器返回状态不相符报警，传感器（探头）故障（OP）报警，自检（ER）报警，综合（AL）报警等功能。2.3主要模块电路分析使用测温元件铂热电阻进行温度采集，通过它把温度变化的信号转化为电阻变化的信号。在电路设计中，铂热电阻通以恒定的电流，把电阻变化的信号转化为电压变化的信号，最后经过 A/D 转换器 CS5460A把变化的电压模拟量转换为相应的数字量，并送给单片机系统进行相关的处理。测温探头 Pt100 采用三线制接法，此信号经端子板滤波处理后，通过多路模拟开关 CD4067 选择此通道信号进入 A/D 转换器，完成信号的采集，其电路如图 4 所示。图 4温度信号采集电路3ATC20A 温度控制器在电除尘器电加热中的应用众所周知，高温烟气与低温部件的冷热交界处，容易造成结露。在火力发电锅炉烟气配套的高压静电除尘器中，若高压绝缘部件发生结露，则容易导致绝缘部件绝缘性能大幅下降，更有甚者，高压静电易在绝缘部件表面产生闪络、拉弧，甚至短路现象，从而使绝缘部件击穿或碎裂，影响电除尘系统的正常运行。鉴于此，通常在电除尘设计时需要配套加热装置，以防绝缘部件结露，影响运行电压；同时在灰斗外壁设置辅助加热装置，防止因灰斗温度过底产生结露，导致灰斗粉尘发生结块、搭桥等现象，影响卸灰与输灰。ATC20A 微机自动温度控制器在电除尘灰斗电加热或者绝缘子保温箱电加热等控制中，如图 5 所示，控制主回路输出采用交流接触器 KM1，并设有断路器 QF2 作为短路保护。电加热回路自动控制采用ATC20A 系统，为了便于检修操作，另在控制箱中设有停机、自动、手动等三个控制开关。在自动控制工作模式下，可通过上位机或者手操终端修改设定加热系统所需要的温控范围，使得加热系统实现恒温工作。图 5电加热控制回路原理电除尘器恒温电加热系统通常采用上、下限区间设定来控制加热器的启停动作，从而实现恒温控制。如图 6 所示，常规工矿条件除尘器绝缘子和灰斗的加热温度设置为:110120 益，温度上、下区间波动控制在依5 益，下限温度:90 益，上限温度:140 益，测量温度范围:-35360 益，测量分辨率 0.1 益。当测量温度62-2023.26 科学技术创新Research on Working Principle andApplication of ATC20A MicrocomputerAutomatic Temperature ControllerFu Guangcai(Fujian Longking Co.,Ltd.,Longyan,China)Abstract:The working principle and application of ATC20A microcomputer automatic temperature con原troller are described.Firstly,the main technical characteristics of ATC20A are introduced,including manycontrol loops,strong functions,advanced technology,etc.,then the loop working principle and temperaturecontrol principle of ATC20A are described,and then the system composition and working principle ofATC20A are described,and the application of automatic temperature controller in thermal power plant dustcollector incubator and ash bucket heating is introduced.The research shows that ATC20A has high integra原tion and high control precision,which can realize accurate temperature detection and control,and is widelyused.Key words:ATC20A;temperature controller;loop principle;electric precipitator;electric heating低于设定温度的下限时，加热器开始工作；当温度高于设定温度的上限时，加热器停止工作，如此在自动控制系统循环工作。当测量温度超过上限设置值或低于下限设置时，反馈超温报警故障。图 6恒温控制工作原理4结论ATC20A 集成了微机控制、数据采集、驱动执行等模块，可实现精准的温度检测与控制，利用程度高。通过对其工作原理的详细描述，并介绍了该温度控制器在电除尘器保温箱和灰斗加热的应用，结合现场调试与故障分析实例，可更好地指导 ATC20A 在工业自动电加热行业上的应用，提高系统的整体可靠性。参考文献1钟才秀.电除尘器灰斗加热技术的探讨与分析J.产业科技创新，2020，2（33）：61-62.2陈牧，胡玉清，桂本.利用协同治理技术实现燃煤电厂烟尘超低排放J.中国电力，2015，48（9）：146-151.3吕新峰，罗韶辉，尤艳旭.1000MW 机组灰斗积灰输灰不畅原因分析及应对措施 J.电力科技与环保，2010，26（6）：41-44.4于天成.基于 AT89C52 单片机的电阻炉温控系统设计研究J.工业加热，2023，52（3）：40-43.5安红恩，杨少沛，许强.基于 STC8A8K64S4A12 的农用无人机电流表系统研究J.信息记录材料，2022，23（6）：42-47.6徐小军等.基于 CS5460A 的三相智能电能表的设计J.安徽工程大学学报，2010，25（3）：27-30.7万宏强，李福援.磨料刷除毛刺设备的 AVR 单片机控制系统J.西安工业学院学报，2005，25（2）：4.8刘小兵，曾杜，唐铭杰.基于 51 单片机的水温自动控制系统J.兰州工业学院学报，2008，15（3）：49-51.63-