廈門宇電自動化科技有限公司 開發部 邵平
關鍵詞：AI加熱制冷雙輸出、高精度恒溫設備、半導體制冷、
一、概述
SCB系列半導體恒溫循環槽，是自帶制冷和加熱的高精度恒溫設備。可在機內水槽進行恒溫實驗，或通過軟管與其它設備相連，作為恒溫源配套使用，也可用于給其它設備進行水循環加熱或冷卻等。
采用宇電AI系列30段程序型調節器加熱制冷控制達到SCB系列半導體恒溫循環槽**控制。
二、特點及用途：
1、采用大功率半導體致冷組件作為冷源，不需要干冰、氨、氮、氟利昂等致冷劑，溫度低、制冷快、壽命長。
2、可為外循環提供恒溫源，操作簡單方便。
3、專用液體離心循環泵，流量穩定，工作可靠。
4、可加攪拌或內循環，使溫度更均勻。
5、采用先進的全自動智能PID數字雙向控制系統，雙目顯示，溫度連續可調，控溫**。
6、體積小、重量輕、無污染，可連續工作。SCB系列半導體恒溫循環槽，是化工、醫療、醫藥、計量、電子、教育及科研等部門實驗室*理想的恒溫設備。
7、主要技術參數：
輸入電壓： AC 220V 50Hz
傳感器類型： Pt100
輸出功率： DC4.5V 6A／DC 12V 8A（可定制）
控溫范圍： 0℃～70℃可用作低溫或高溫
控溫方式： 全自動智能PID控制，雙目顯示雙向控溫，溫度連續可調
控溫精度： *高±0.1℃
程序控制： 30段＋20段程序控制
通訊接口： RS485（配RS232轉換器）帶計算機接口或程序控制。
外型尺寸： 305mm×280mm×120mm
使用環境： 溫度10℃～40℃，濕度≤60%。
儀器為普通風冷散熱，*佳使用環境溫度在5℃～25℃，濕度<80%。
三、控制性能
采用AI-808BGL1L14S型加熱制冷雙輸出程序控溫儀表來控制高精度恒溫控制設備，是專門為需要有雙輸出的設備溫控系統而設計的，全自動智能PID雙目數碼顯示雙向控溫系統，可實現升降溫的自動轉換，達到任意溫度點的**恒溫，溫度穩定性高。該恒溫控制電源，體積小、重量輕、控溫精度高。數碼顯示測量及控制溫度，清晰、直觀，可設置30段程序及計算機接口來記錄升降溫曲線。
加熱控制：采用宇電生產的SSR系列小型固態繼電器，采用**固態繼電器使用的恒流驅動線路，典型驅動電流恒定在5～mA，功耗低且可靠性高；配合光電藕合過零觸發器，具有對電網干擾小且絕緣內壓高的優點，輸出端采用壓敏電阻吸收電網尖蜂電壓，漏電流小并長期可靠使用。固態繼電器連接電加熱元件，無觸動控制，通用加熱方式。
制冷控制：采用儀表輸出繼電器接點控制直流電源給半導體致冷片供電起到制冷的目的。制冷技術在科技領域中存在著多種致冷方法，吸收式、機械壓縮式和半導體致冷,電子致冷的現象是溫差電效應。
由于采用了供電的方式控制半導體制冷的方式，連續PID制冷控制有了方便的控制方法。
我國半導體致冷技術始于50年代末、60年代初。當時在國際上也是比較早的研究單位之一。60年代中期，半導體材料的性能達到了國際水平，60年代末至80年代初是我國半導體致冷器技術發展的一個臺階。在此期間，一方面研究半導體致冷材料的高優值系數，另一方面拓寬其應用領域。中國科學院半導體研究所投入了大量的人力與物力，獲得了半導體致冷器。因而才有了現在的半導體致冷器的生產及其二次產品的開發和應用。
配合應用AI系列調節器使用連續的PID控制給精密恒溫槽提供了供電方式的特種冷源。
特種冷源在技術應用上具有以下的優點和特點：
1、不需要任何致冷劑，可連續工作，沒有污染源沒有旋轉部件，不會產生回轉效應，沒有滑動部件是一種固體器件，工作時沒有震動、噪音、壽命長，安裝容易。
2、半導體致冷器具有兩種功能，既能致冷，又能加熱，致冷效率一般不高，但致熱效率很高，永遠大于1。因此使用一個器件就可以代替分立的加熱系統和致冷系統。
3、半導體致冷器是電流換能型器件，通過輸入電流的控制，可實現高精度的溫度控制，再加上溫度檢測和控制手段，很易實現遙控、程控、計算機控制，便于組成自動控制系統。
4、半導體致冷器熱慣性非常小，致冷致熱時間很快，在熱端散熱良好冷端空載的情況下，通電不到一分鐘，致冷器就能達到*大溫差。
5、半導體致冷器的反向使用就是溫差發電，半導體致冷器一般適用于中低溫區發電。
6、半導體致冷器的單個致冷元件對的功率很小，但組合成電堆，用同類型的電堆串、并聯的方法組合成致冷系統的話，功率就可以做的很大，因此致冷功率可以做到幾毫瓦到上萬瓦的范圍。
7、半導體致冷器的溫差范圍，從正溫90℃到負溫度130℃都可以實現。
通過以上分析，半導體溫差電器件應用范圍有：致冷、加熱、發電，致冷和加熱應用比較普遍，有以下幾個方面：
(1)**方面：導彈、雷達、潛艇等方面的紅外線探測、導行系統。
(2)醫療方面：冷刀、冷臺、白內障摘除器、血液分析儀等。
(3)實驗室裝置方面：冷阱、冷箱、冷槽、電子低溫測試裝置、各種高低溫實驗儀器。
(4)專用裝置方面：石油產品低溫測試儀、生化產品低溫測試儀、**培養箱、恒溫顯影槽、電腦散熱器等。
(5)日常生活方面：空調、冷熱兩用箱、飲水機、除濕機等。半導體致冷器件的散熱是一門專業技術，也是半導體致冷器件能否長期運行的基礎。良好的散熱才能獲得*低冷端溫度的先決條件。以下就是半導體致冷器的幾種散熱方式：
1、自然散熱。
采用導熱較好的材料，紫銅鋁材料做成各種散熱器，在靜止的空氣中自由的散發熱量，使用方便，缺點是體積太大。
2、充液散熱。
用較好的散熱材料做成水箱，用通液體或通水的方法降溫。缺點是用水不方便，浪廢太大，優點是體積小，散熱****。
3、強迫風冷散熱。
工作氣氛為流動空氣，散熱器所用的材料和自然散熱器相同，使用方便，體積比自然冷卻的小，缺點是增加一個風機出現噪音。
以上所述給AI系列調節器提供了新的用途。
四、程序型調節器應用
1）儀表型號的選擇
儀表型號AI-808BGL1L1L4S
高精度恒溫槽溫度在負載加入時變化快必須采用加熱制冷雙輸出程序控溫儀表來控制全自動智能PID雙目數碼顯示雙向控溫系統，可實現升降溫的自動轉換，達到任意溫度點的**恒溫，溫度穩定性高。數碼顯示測量及控制溫度，清晰、直觀，可設置30段程序及計算機接口來記錄升降溫曲線。
AI儀表**性地采用了平臺概念，將非常專業化的數字調節儀表轉為平臺化設計的產品，能實現比以往封閉式設計產品更快的進步及更高的性能/價格比。它包含高通用性的硬件主板（包含I/O接口及模塊插座、顯示接口插座、A/D轉換單元及電源單元），通過安裝不同的軟件及CPU、輸入/輸出模塊及顯示界面，即能適應多種不同功能的過程儀表控制要求，比如溫控器、調節器、復雜回路調節器及雙回路調節器、多路巡檢儀及流量積算儀表等等。功能齊全性能穩定，改變儀表內部參數就可實現多種輸入輸出功能。
2）儀表的控制方式
AI－808人工智能調節算法是采用模糊規則進行PID調節的一種新型算法，在誤差大時，運用模糊算法調節，以消除PID飽和積分現象，當誤差趨小時，采用改進后的PID算法進行調節，并能在調節中自動學習和記憶被控對象的部分特征以使效果**化。具有無超調、高精度、參數確定簡單、對復雜對象也能獲得較好的控制效果等特點。
在使用過程中AI調節器 結合PID調節、自學習及模糊控制技術，實現了自整定/自適應功能，及、無欠調的**調節，性能遠優于傳統PID調節器。控制設備裝配
3）儀表自整定方法：
自整定是讓溫控器執行ON/OFF（位式）控制，經2－3次振蕩周期后儀表內部微處理器根據位式控制產生的震蕩，分析其周期、幅度及波形來自動計算出M5、P、T等控制參數。
系統在不同給定值下整定得出的參數值不完全相同，執行自整定功能前，應先將給定值設置在*常用值或是中間值上，作為程序型儀表請把**段C01=修改設置在系統使用的*大值上，再執行啟動自整定的操作功能。參數CtI（控制周期）及dF（回差）的設置，對自整定過程也有影響，一般來說，這2個參數的設定值越小，理論上自整定參數準確度越高。但dF值如果過小，則儀表可能因輸入波動而在給定值附近引起位式調節的誤動作，這樣反而可能整定出徹底錯誤的參數。推薦CtI=0-2，dF=2.0。此外，基于需要學習的原因，自整定結束后初次使用，控制效果可能不是*佳，需要使用一段時間（一般與自整定需要的時間相同）后方可獲得*佳效果。如果系統是保溫性能好的電爐，給定值應設置在系統使用的*大值上，再執行啟動自整定的操作功能。參數CtI（控制周期）及dF（回差）的設置，對自整定過程也有影響，一般來說，這2個參數的設定值越小，理論上自整定參數準確度越高。但dF值如果過小，則儀表可能因輸入波動而在給定值附近引起位式調節的誤動作，這樣反而可能整定出徹底錯誤的參數。推薦CtI=0-2，dF=2.0。此外，基于需要學習的原因，自整定結束后初次使用，控制效果可能不是*佳，需要使用一段時間（一般與自整定需要的時間相同）后方可獲得*佳效果。
4）儀表程序編排：
當工藝改變升降溫程序控制時，可用于按一定時間規律自動改變給定值進行控制的場合。具有50段程序編程功能，可設置任意大小的給定值升、降斜率；具有跳轉（目標段只限于前30段）、運行、暫停及停止等可編程/可操作命令，可在程序控制運行中修改程序；具有二路事件輸出功能。可通過報警輸出控制其他設備聯鎖動作，進一步提高設備自動化能力；具有停電處理模式、測量值啟動功能及準備功能，使程序執行更有效率及更完善。
程序編排統一采用溫度－時間－溫度格式，其定義是，從當前段設置溫度，經過該段設置的時間到達下一溫度。溫度設置值的單位都是℃，而時間值的單位都是分鐘。
下例為一個包含線性升溫、恒溫、線性降溫、跳轉循環、準備、暫停及事件輸出6段程序例子。
第1段 C 01=100 t 01=30 ；100℃起開始線性升溫，升溫時間為30分鐘
第2段 C 02=400 t 02=60 ；升溫至400℃，升溫斜率為10℃/分。恒溫時間為60分
第3段 C 03=400 t 03=120 ；降溫段，降溫時間為120分，降溫斜率為2℃/分。
第4段 C 04=160 t 04=-35 ；降溫至160℃后，接通報警開關1，并且跳往第5段執行。
第5段 C 05=160 t 05=0 ；進入暫停狀態，需操作人員執行運行操作才能繼續運行至第6段。
第6段 C 06=160 t 06=-151 ；關閉報警開關1，并且跳往第1段執行，從頭循環。
采用溫度－時間編程方法的優點是升溫、降溫的斜率設置的范圍非常寬。升溫及恒溫段具有統一的設置格式，方便學習。設置曲線更靈活，可以設置連續設置升溫段(如用不同斜率的升溫段近似實現函數???溫)，或連續的恒溫段。
5）儀表參數設置：
溫控器輸出方式與周期選擇
輸出方式選加熱制冷雙輸出，主輸出控制對象一般選固態繼電器SSR；輔助輸出選繼電器開關接點控制制冷電源，精密恒溫槽溫度上升快，降溫要采用制冷控制，快速把溫度降下去。輸出下限DIL－100；輸出上限DLH100
輸出周期CtI參數值可在(0.5~125)×0.5秒（0表示輸出周期為0.25秒）之間設置，它反映儀表運算調節的快慢。采用SSR、可控硅或電流輸出時一般建議設置為0.5~3秒。輸出采用G模塊模塊，當輔助輸出采用繼電器開關輸出L4時，加熱/冷卻雙輸出控制系統中，短的控制周期會縮短機械開關的壽命或導致冷/熱輸出頻繁轉換啟動，周期太長則使控制精度降低，因此一般在15-40秒之間，建議CtI設置為系統滯后時間的1/4~1/10左右，但數值*大不應超過60秒（CtI=120）。
加熱 /制冷雙輸出：加熱是固態繼電器連接電熱絲、制冷連接半導體制冷片、單色數字無紙記錄儀AI-2057G104001G11型記錄數據。
五、數字記錄：
1）技術性能
采用AI-3070S分體式無紙記錄儀，配置標準CF卡數據存儲模塊；采用智能化、模塊化和網絡化的無紙記錄儀，在無紙記錄儀可保存15條升降溫程序配方在中。與宇電AI系列產品進行靈活的配合應用，實現多通道數字、曲線全屏顯示，數據存儲的功能；操作人性化；每通道數據刷新時間50毫秒；選配儲存卡槽采用外插拔標配1G的電子硬盤，可擴展CF卡1～4G存儲記錄空間；數據保存按先進先出的原則；數據通過***在PC上直接打開，串口備份至計算機上，用Excel電子表格打開CSV格式的數據文件；
2）系統架構
系統架構采用上位機＋下位機的結構，下位機為AI系列儀表，輸入及輸出規格極為豐富，可任選單路或多路顯示報警儀、智能調節器、手操器、流量積算儀或開關量輸入輸出模塊；系統若發生變化，亦可隨時變更、增加或減少記錄通道；每臺記錄儀可選擇4、6、8、12、16、32通道類型軟件；自由編輯選擇AI通道硬件型號；可寫入設備位號如：TIC-101；設有屏保功能防止誤操作，操作使用15分鐘后重新輸入密碼111。
3）系統操作
無紙記錄儀通電后顯示【宇電標記】；觸摸點【開始】出現菜單欄；選【記錄設置】設置數據報表存儲要求；選【數據】全屏顯示各通道；選【實時曲線】顯示單臺曲線，實現參數設置、升降程序配方設置、查看程序曲線、程序控制、手/自動切換，手動輸出量的設定；選【棒圖】【實時多條PV】【歷史曲線】選【流程圖】觸摸按鈕控制電機啟停（連接AI-3013D5型8點繼電器模塊）；查詢數據選【報表】【報警】；點擊：【數據畫面】【棒圖畫面】【流程圖儀表數據】【實時多曲線畫面】【歷史多曲線畫面】的數據框快捷返回單臺儀表的【實時曲線畫面】通道。可前頁與后頁翻頁。相同頁面按【前頁】【后頁】【自動/手動】循環自動翻頁；
對于518P、708P、808P程序儀表參數設置，點擊【A】框，進入【手/自動、編程設置控制平臺】；所示的編程界面：出現【通道一 程序編排設置】；程序編排平臺用組別配方來設置程序段【C01】和【T01】表示，以【組1】為例：點擊選中【組1】點擊組名【C01】下面的數據框輸入溫度值【250】（注：在溫度欄C01輸入的數值要放大10倍如25℃輸入的數據是【250】放大10倍）；點擊組名T01下的時間段寫入實際時間值分鐘如15分鐘寫入【15】；設置好程序配方選中配方組如：【組1】在菜單條中點擊【查看】可看到已編排的曲線圖形；點擊【返回】；選中編輯好的配方組【組1】點擊【下載】操作，已編排的程序就下傳給程序儀表；即時可操作【運行】【停止】【暫停】【手動】【自動】【返回】。采用【上傳驗證】儀表中的程序曲線來檢驗程序是否下傳，程序配方可保存15組程序在觸摸屏中。
4）數據處理
用多曲線的形式來直觀的顯示CF卡記錄中的數據，顯示該時間段內相關通道間被測量的變化關系。按通道順序排列1、2、3、4固定組合在一起的通道組合，對于需要比較關鍵參數通道可將儀表地址編排在同一組顯示趨勢曲線，這樣就更好的進行比較分析工藝參數的對象變化。點擊【數據框】返回【實時畫面】通道。點擊【S】可選擇啟用單條或4條曲線顯示趨勢變化；查詢歷史數據設置起始時間及時間跨度；設置數據范圍使曲線顯示在圖表中央，不同的數據范圍啟用單條查詢。歷史畫面的功能畫面右下角點擊【S】查詢，觸摸屏顯示是當前的起始時間，改倒退起始時間：年/月/日/時/分/秒；修改時間跨度：時/分/秒設置；點擊【確認】按鈕，系統即刻顯示歷史曲線、數據報表；報警報表。
5）圖形軟件
數據有三種方式來處理：保存數據的數據是加密的必須采用專用的宇電PC圖形軟件來閱讀。
觸摸屏的外插CF卡來保存數據；數據可通過1、PC圖形閱讀軟件、通過CF卡存儲數據用***在PC上復制數據包到PC機用圖形軟件打開數據；2、微型打印機打印數據報表、曲線；3、也可用串行COM2口備份Excel電子表格數據至上位計算機。CF卡內：【AL】數據包是報警報表；【DL】數據包是數據報表；按年/月/日/小時來保存數據源文件。
**種、加密數據包PC上閱讀圖形軟件方式：DataLogTool 1.0圖形軟件使用說明
DataLogTool是專為無紙記錄儀開發的，一個可在個人計算機上運行的工具軟件，其作用是用來將HMI屏上加密記錄在CF卡上的數據集中管理，便于用戶查詢數據報表，查看歷史曲線，并可以對其進行打印的功能。在計算機【開始】的程序里有【宇電無紙記錄儀圖形軟件】幫助文件。
**種、微型打印機方式
新增面板式微型打印機，默認的串口打印機的參數為9600bps，8位數據位，1位停止位，無校驗，連接時將微型打印機定制的9口串口母頭直接接到HMI屏的9芯串口頭即可。
1、歷史曲線打印：有2種方式：在屏的歷史曲線畫面才能實現打印曲線功能！
①左上角的藍色【Print】：打印設置中所查詢到的曲線內容，1條或選4條同時打印；
②右上角的紅色【Print】：打印屏上所顯示的曲線內容，1條或選4條同時打印；推薦此功能！
③左下角的【S】設置，有關打印機紙張寬度的設置，如果您的打印機的紙張太寬或太窄，可以通過設置【打印紙張寬度比例】這個值來調整，，2057默認100％；2080默認40％；
2、歷史數據報表打印：有2種方式：【在屏的歷史數據畫面才能實現打印數據功能！】
①左上角的藍色【Print】：手動打印屏上所查詢到的報表內容，每行5個數據；
②右上角的紅色【Print】：手動打印當前剛剛采集到的報表內容，每行5個數據，連續換行；
③右下角的【S】設置，有關打印報表的設置，
④.如果您想自動打印采集到的報表，可以啟用【選擇是否自動打印】的功能。自動打印必須在報表畫面實現！
⑤【自動打印時間間隔】的設定，是設置多長時間后打印機開始自動打印。如果此值設為0，則自動的實時打印報表。在屏的歷史數據畫面才能實現自動打印數據功能！
第三種、Excel電子表格方式
可通過串行COM2口備份Excel電子表格CSV格式的數據文件上傳不加密數據到計算機，用Excel電子表格直接打開；CF卡數據文件一般通過CF卡***上傳CF卡加密數據；
六、結束語： 半導體恒溫循環槽配合AI程序型調節器采用加熱制冷雙輸出控制和分體式無紙記錄儀現已廣泛應用在工業、農業、交通、科技、環保、國防、文教衛生、人民生活，及化工、熱電、石化、制藥、冶金、機械、科研實驗等領域。有著良好的市場需求和巨大的發展潛力。具體應用在非連續生產和質檢測試等需要間斷顯示記錄的場合。系統貫徹了柔性設計理念，所有輸入通道的信號類型均可隨需設置更改，每個記錄數據的存儲時間可根據要求來設置記錄數據采樣間隔，并且能方便的轉存于活動硬盤。記錄數據可用計算機圖形軟件來閱讀，還可轉換為Excel能打開的文本格式，并且管理人員可以通過分體式無紙記錄儀的數據傳統功能在局域網內監控調閱該系統的實時及歷史記錄數據。該系統已在現場長時間穩定運行記錄和良好的用戶口碑，是一款成熟可靠值得信賴的產品。
公安機關備案號：
