電阻爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)38406

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1、目錄摘要31.整體設(shè)計(jì)及系統(tǒng)原理32.硬件電路設(shè)計(jì)42.1主機(jī)電路的設(shè)計(jì)42.2數(shù)據(jù)采集電路的設(shè)計(jì)52.3電控制執(zhí)行電路的設(shè)計(jì)52.4鍵盤(pán)顯示的設(shè)計(jì)63.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)73.1主程序模塊73.2功能實(shí)現(xiàn)模塊83.2.1T0中斷子程序83.2.2T1中斷子程93.3運(yùn)算控制模塊93.3.1標(biāo)度轉(zhuǎn)換子程序93.3.2PID算法子程序94．源程序代碼105.結(jié)果分析論述156.參考文獻(xiàn)15摘要電阻爐是工業(yè)爐的一種，是利用電流通過(guò)電熱體元件將電能轉(zhuǎn)化為熱能來(lái)加熱或者熔化元件或物料的熱加工設(shè)備。電阻爐由爐體、電氣控制系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)組成，爐體由爐殼、

2、加熱器、爐襯（包括隔熱屏）等部件組成。由于爐子的種類不同，因而所使用的燃料和加熱方法也不同;由于工藝不同，所要求的溫度高低不同，因而所采用的測(cè)溫元件和測(cè)溫方法也不同;產(chǎn)品工藝不同，對(duì)控溫精度要求不同，因而控制系統(tǒng)的組成也不相同。電氣控制系統(tǒng)包括主機(jī)與外圍電路、儀表顯示等。輔助系統(tǒng)通常指?jìng)鲃?dòng)系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等，因爐種的不同而各異。本文介紹了以AT89S52單片機(jī)為核心的溫度控制器的設(shè)計(jì),在該設(shè)計(jì)中采用高精度的溫度傳感器AD590對(duì)電熱鍋爐的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)精確測(cè)量,用超低溫漂移高精度運(yùn)算放大器OP07將溫度-電壓信號(hào)進(jìn)行放大,再送入1

3、2位的AD574A進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換,從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè),實(shí)時(shí)顯示及越限報(bào)警?？刂撇糠植捎肞ID算法,實(shí)時(shí)更新PWM控制輸出參數(shù),控制可控硅的通斷時(shí)間,最終實(shí)現(xiàn)對(duì)爐溫的高精度控制。1.整體設(shè)計(jì)及系統(tǒng)原理溫度控制是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常遇到的過(guò)程控制,有些工藝過(guò)程對(duì)其溫度的控制效果直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量,因而設(shè)計(jì)一種較為理想的溫度控制系統(tǒng)是非常有價(jià)值的。根據(jù)題目要求,電熱鍋爐溫度控制系統(tǒng)由核心處理模塊、溫度采集模塊、鍵盤(pán)顯示模塊、及控制執(zhí)行模塊等組成。采用AT89S52單片機(jī)作為電路的控制核心,使用12位的高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD574A進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,控

4、制電路部分采用PWM控制可控硅的通斷以實(shí)行對(duì)鍋爐溫度的連續(xù)控制，溫度控制采用改進(jìn)的PID數(shù)字控制算法,顯示采用3位LED靜態(tài)顯示。該設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,控制算法新穎,控制精度高,有較強(qiáng)的通用性，所以系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體框圖如下：AT89C51單片機(jī)鍵盤(pán)顯示傳感器電阻爐溫度檢測(cè)電路溫度控制圖（1）系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體框圖2.硬件電路設(shè)計(jì)2.1主機(jī)電路的設(shè)計(jì)主機(jī)選用ATMEL公司的51系列單片機(jī)AT89S52來(lái)實(shí)現(xiàn),利用單片機(jī)軟件編程靈活、自由度大的特點(diǎn),力求用軟件完善各種控制算法和邏輯控制。本系統(tǒng)選用的AT89S52芯片時(shí)鐘可達(dá)12MHz,運(yùn)算速度快,控制功能

5、完善。其內(nèi)部具有128字節(jié)RAM,而且內(nèi)部含有4KB的flashROM不需要外擴(kuò)展存儲(chǔ)器,可使系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單、實(shí)用。其原理圖如下所示：圖（2）單片機(jī)最小系統(tǒng)2.2數(shù)據(jù)采集電路的設(shè)計(jì)就本系統(tǒng)來(lái)說(shuō),需要實(shí)時(shí)采集水溫?cái)?shù)據(jù),然后經(jīng)過(guò)A／D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào),送入單片機(jī)中的特定單元,然后一部分送去顯示;另一部分與設(shè)定值進(jìn)行比較,通過(guò)PID算法得到控制量并經(jīng)由單片機(jī)輸出去控制電熱鍋爐加熱或降溫。數(shù)據(jù)采集電路主要由AD590,0P07,74LS373,AD574A等組成。由于控制精度要求為0.1度,而考慮到測(cè)量干擾和數(shù)據(jù)處理誤差,則溫度傳感器和AD

6、轉(zhuǎn)化器的精度應(yīng)更高才能保證控制精度的實(shí)現(xiàn),這個(gè)精度可處粗略定為0.1度。故溫度傳感器需要能夠區(qū)分0.1度;而對(duì)于AD轉(zhuǎn)換器,由于測(cè)量范圍為40-90度,以0.1度作為響應(yīng)的AD區(qū)分度要求,則AD需要區(qū)分(90-40)/0.1=500個(gè)數(shù)字量,顯然需要10位以上的AD轉(zhuǎn)換器。為此,選用高精度的12位AD574A。為了達(dá)到測(cè)量高精度的要求,選用溫度傳感器AD590,AD590具有較高精度和重復(fù)性(重復(fù)性優(yōu)于0．1℃,其良好的非線形可以保證優(yōu)于0．1℃的測(cè)量精度,利用其重復(fù)性較好的特點(diǎn),通過(guò)非線形補(bǔ)償,可以達(dá)到0.1℃測(cè)量精度.)超低溫漂移高

7、精度運(yùn)算放大器0P07將溫度一電壓信號(hào)進(jìn)行放大,便于A／D進(jìn)行轉(zhuǎn)換,以提高溫度采集電路的可靠性。模擬電路硬件部分如下圖所示：圖（3）溫度電壓轉(zhuǎn)換電路2.3電控制執(zhí)行電路的設(shè)計(jì)由輸出來(lái)控制電爐,電爐可以近似建立為具有滯后性質(zhì)的一階慣性環(huán)節(jié)數(shù)學(xué)模型。其傳遞函數(shù)形式為：其中時(shí)間常數(shù)T=350秒，放大系數(shù)K=50，滯后時(shí)間t=10秒?？煽毓杩梢哉J(rèn)為是線形環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)對(duì)爐溫的控制。單片機(jī)輸出與電爐功率分別屬于弱電與強(qiáng)電部分,需要進(jìn)行隔離處理,這里采用光耦合元件TLP521在控制部分進(jìn)行光電隔離，此外采用變壓器隔離實(shí)現(xiàn)弱強(qiáng)電的電源隔離。單片機(jī)PWM輸出

8、電平為0時(shí)，光耦合元件導(dǎo)通,從而使三極管形成有效偏置而導(dǎo)通，通過(guò)整流橋的電壓經(jīng)過(guò)集電極電阻以及發(fā)射集反向偏壓，有7V左右的電壓加在雙向可控硅控制端，從而使可控硅導(dǎo)通，交流通路形成,電阻爐工作；反之單片機(jī)輸出