单片机在电阻炉温度控制系统中的应用

计 算机 控制 系 统是 随着 现 代化 大 型 工业 生 产 自动化 的不 断 兴起 而适 应 生产 的综 合控 制 系统 .温 度是 工 业生 产 中常 见 的工 艺 参数 之 一 ,任何 物 理变 化 和化学 反 应 过程 都 与温 度 密切 相关 ,因此 温度 控 制是 生产 自动 化 的 重 要任 务 . 由于产 品及工 艺 的不 同 , 所需 的温 度 高低 也不 同 ,控 制温 度 的精 度也 不 同 .但 , 就 其控 制 系统 的动 态 特性 来讲 ,基 本 上 都是 具 有纯 滞后 的一 阶惯性 环 节 ,对 于这 样 的环 节 ,如 果 冲之 后纯 滞厚 时 间较 短 ,可 以采 用 PD控制 , 果 纯滞 后 时 间较 长 , 以采用 达 I 如 可 林 算法 ,如果 纯 滞 后时 间 和时 间 常数 变化 较 大 , 用 自适应 控 制算法 . 可采 系统 的工 作过 程 为 :用 键 盘将 温 度 的设 定 值送 人单 片机 , 动运 行 后 , 信 号采 集 启 通过 电路将 温度信 号 采集 到后 ,送 到 AD转 换 电 / 路 将信 号转 换成 数字 量 送人 单 片机 系 统进 行 PD控 制 运算 , 控 制 量输 出 , 制 电 阻炉 的 I 将 控 加 热 .在 加 热过 程 中如 果温 度 超过 了设 置 的 上 限极值 时 系统 发 出报 警信 号 ,提 示操 作 人
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C i aNe e h oo isa d P o u t hn w T c n lge n rd cs阻炉温度控制 系统 中的应用
葛 誉
( 宝鸡钛 业股份 有限公 司板 带厂 , 西 宝鸡 7 1 1 ) 陕 2 0 4
摘 要: 传统 的 电 阻炉温度 控 制 系统在 电阻炉 启 , 状 态 时, 生很 大的 冲击 电流 , 电阻 炉设备 及 电 网带 来一 系列 问题 并 且在 温 度 停 产 对 控 制 方 面误 差很 大 , 重影 v 产 品 质量 . 片机 在 电 阻炉 温度 控 制 系统 的应 用是 基 于传 统 的 电 阻炉控 制 , 用 单 片机 系统进 行 PD 严 向 单 采 I 控 制运 算 , 控 制量 输 出 , 制 电阻 炉的加 热 .根据 系统运行 中偏 差和 偏 差 变化 率状 况 实施 不 同的控 制 策略 , 整 个过 程在 最 佳 工 将 控 使 作 状 态下运 行, 而 大 大降低 设备 故 障率 , 高 电阻炉设 备 寿命 及产 品质 量 . 从 提 关 键 词 : 片机 ;I 单 PD控 制 ; 度控 制 ; 电偶 温 热
实 现 自动调 节加 热 电源 电压 的功 能 . () 温 度数 值 . 3 显示 f) 有 显 示 系 统运 行 状 态 及 超 温 , 障 4 具 故 报警 功 能 , 到保 护 的作 用 . 达 () 出通 道 与 主机 进 行 光 电 隔 离 , 系 5 输 使 统 具有 较强 的抗 干扰 能力 . () 线设 置 或修 改参 数与 状态 . 6 可在 () 具有 掉 电保 护功 能 . 7 微机 3 应用 结果 分析 通 过单 元 调 试及 程 序 调试 后 , 据 系 统 根 的原 理 图及 接线 图连 接 各个 部 分 的硬 件组 成 单 片 机温 度 控 制 系 统 , 入全 部 程 序 , 后 运 输 然 行并 做 好有 关记 录, 适 当调 整 T ,1 p的 并 DT , K 参数 , 根据 电阻炉 的温 度, 过 对光 电耦 合 器 通 的通 断来 判 断程 序 进 行是 否 合 理, 系统 有 使 效地 进 行 自动调 节 控制 , 到 工 艺所 要 求 的 达
件 . 向可控硅 有 三种 控制 方法 较 常使用 : 双 交 流 开关 , 相位 开关 和 过零 开关 . 流 开关 控制 交 容 易引 起较 强 的 等幅 振荡 ,使 可 控硅 全 通或 全断. 过零 点开 关 与交 流开 关类 似 , 只是 控制 双 向可 控 硅 在 正 弦 波 电压 过 零 点 的 瞬 间开 门, 具有 噪声 小 的特 点 , 以选 用 可控 硅 过零 所 点 控制 来控 制 电阻 炉电 阻丝 通 电和 断电 . 2 温度控 制 系统 的组 成框 图及 原理 系 统采 用典 型 的单 闭 环反 馈 式温 度控 制 系 统 , 成部 分见 图 1 组 .其 中数字 控制 器 的功 能 由微 型单 片机 来实 现 .
0引 言
电 阻炉单 片 机温 度 控制 系统 是 对 温度 进 4设计 总结 行检 测 及 控制 的闭环 系统 , 统 采用 直 接 数 系 综 上所 述 , 系统 在 可 靠性 , 用 性 及控 本 实 字控 制 (o ) 式 , 由微机 ( 片 机 )部分 , 制精 度和 广泛 性方 面 主要有 以下特 点: oc 方 它 单 可靠 性 高 , 系统 在 输 出通 道 进 行 了 隔 本 键盘 及显 示 器 , 扩展 的 I ,0 接 口及 温度 检 测 员. 与放 大 电路 , 闸管 加 热系 统等 部分 组 成 . 晶 离 ;K S双 向 品 闸管 触 发 回路 的 过 零 点触 发 1 基本 设 计思路 系统 功 能和 系统 的 工作 工程 为 :反 映炉 的设计 ,很 大 程度 上 减少 了谐波 对 系统 的 干 根据 系 统分 析 ,该 被控 对 象是 一非 线性 温 的热 电偶 ,用 于 采 集 炉 内 的 温 度 信 号 , 将 扰 ; 送 器 X R 0 和 I 变 T 11 厂 v转 换器 R V 2 C 4 0的 对 象 , 有 大惯 性 特 点 , 低 温段 惯 性 较 大 , 采 集 到 的信 号 经冷 端 补偿 后送 运 算放 大 器放 配 合 , 以使 得最 后 的信 号 可远 传 ; 热 电 它 在 可 K型 而 在高 温段惯 性 较 小.对 于 这种 温 度控 制对 大 ,由变 送 器 将热 电偶 信 号 ( 度 信 号 ) 温 变为 偶 一 镍 铬 一 硅 的选 择 , 性度 好 , 得测 量 镍 线 使 象, 可认 为有 以下 传递 函数 形式 : 电流输 出 , 由高 精 密 电流/ 再 电压变 换 器 将 电 结 果精 确 ; 控制 精 度提 高 , 了提 高控 制精 度 , 为 流 信号 变 为标 准 电压 信号 ,将 放 大 的 电压送 本 系 统 除 了在 硬件 上 做 了大 量 工 作外 , 软 在 ) " 人 采样 保持 器 和转 换 电路后 得 到 与炉 温 相应 件 上采 用 了数 字控 制 , 于 测温 数 据也 进 行 对 的数字 量 .此 数字 量经 过数 字滤 波 , 化处 了算法 处理 , 度得 到 了进 一步 提高 . 线性 使精 本 系 统采 用积 分分 离 PD控 制 ,其具 体 理 , 度 变换 后, 过 L D显示 炉温 , 当一 个 I 标 通 E 每 系 统 的缺点 在 于 :虽然 K型热 电偶 的线 控制为 先 求 出实测 炉 温对 所需 炉 温 的偏 差值 采 样周 期 到 达 时,转换 后 的数 字 量 与炉 温的 性度 好 , 由于 测量 点 , 据处 理方 法 的单 一 但 数 ek,当 ek B时 为 自由 升 温 段 , 求 升 温 给 定值 数字 化 后进 行 比较 ,即可得 到 实 际炉 化 , 疏 失 误 差 的产 生 , 结 果 产生 不 确 ( 1 ( )> 要 以及 会对 越 快越 好 , 时要 全 量输 出, 用 P 此 采 D控制 .当 温 和给 定 炉 温的 偏 差 .通 过 PD运 算 , 算 定 的影 响 ; 示 方 面过 于单 一化 ; I 计 显 没有对 S R C ek≤B时, ( ) 已接 近需 要 的 温度 值 .此 时采 用 出所需 要 的控制 量 .通 过计算 机 的 I 接 口, 进行 有效 的 保护 . / O PD控制 , 对偏 差值 处 理而 获得 控 制信 号 输 出 电平 以触 发光 电耦 合 器件 ,进 而来 控 制 I 然后 参考 文献 去 调 节 电阻 炉 的加 热 功率 ,以实 现对 炉 温 的 双 向可 控 硅对 加 热 源 的控 制 ,以达 到控 温 的 … 一 夫著 . 型 计 算机 原 理及 接 口技 术 [ . 1 微 M1 控 制 .在 P D控 制 中 , 控制 规律 为 I 其 目的 . 温 的设 定值 由键 盘输 入 . P 口的 北 京 : 械 工业 出版社 .0 0 炉 由 C 机 20 P 0 出 的高低 电平 的不 同 ,控 制 双 向可 控 [ C 输 2 】邵裕 森 , 先 中编 著 . 程控 制 工程 『 . 戴 过 M1 北 ( = 【f+÷ f (d+ f P ( ) P) t t e) 硅控 制 电加热 炉 的加 热 电压 ,起 到 凋温 的作 京 : 北京机 械 工业 出版 社 ,0 05 2 0 . 』 f 用. 本系 统设 计 与一般 设计 相 比 , 了 D 【 省去 / 3 1付 家 才编 著 .单 片机 控 制 工程 实践 技 术 其 中 , p为 比例 增益 , p与 比例 带 成 倒 A 转换 和 功放 .经 PD 运算 和判 断 后 的输 【 ] 京 : 学工 业 出版社 ,043 K K I M. 北 化 20 - 直 王兆安 , 黄俊 . 力 电子 技 术 f . 京 : 电 M1 北 机 数 关 系 即 K = 1, 为 积 分 时 间 常 数 , D为 出值 , 接 由该输 出值控 制电 平来 触 发 光 电 p T T . 2 0 耦 合 器 件,进 而控 制 可控 硅 ,对 加 热 源 的控 械 工 业 出 版 社 ,0 1 微 分时 间 常数 ,(为 控制 量 ,( 为 偏 差 在 执 制 .并 显示 温度值 , ut ) ek ) 以便提 示用 户 . 中断 服务 行 部分 ,单片 机输 出的 控制 信 号可 用来 控 制 程 序 完 成数 据 采 样 , 字 滤 波 , 警控 制 和 数 报 作 者简 介: 葛誉(9 1) 陕西 宝鸡人 , 18一, 男, 本 可 控硅 的触 发 角 以实 现 电阻 炉能 量 的供 给 . 输 出控 制 等功 能 .子程 序 主要 包 括滤 波 子程 科 生, 主要 从 事 电 气 , 配 电等 方 面 的 工作 . 供 若用 硬件 产生 触发 脉 冲 , 则会 使 电路 复杂 , 可 序 , 度 变换 子程 序 , 出显 示 子 程 序 , 标 输 温 现 为 宝鸡钛 业 股份 公 司板 带厂设 备科 科 员. 靠性 降低 . 采用 继 电器 控制 , 若 由于继 电器是 度 处理 子程 序 , 子程 序 等. 系统 可 完成 报警 该 采用 吸合 方式 , 开关 瞬 间 , 在 触点 容 易产 生 火 以下测 控任 务 : 花 , 而 引起 干 扰 , 外 , 电器 采 用 机械 开 从 另 继 ( 1 有热 电偶 冷 端温 度 自动 补偿 , 电 )具 热 关 , 有延 迟大 和 寿命短 的 特点 . 控硅 是半 偶 非线 性 校正 和数 字滤 波功 能, 测精 度 达 4 具 可 检 - 导体 器件 ,它 的无 触 点避 免 了继 电器 上述 缺 15 ℃ . . 点 ,故 系统 采 用双 向 可控 硅作 为 功率 驱 动器 ( 通过 输 出 电平 的变化 来 控制 晶闸管 以 2 )