电阻炉温度控制系统设计.doc

电阻炉温度控制系统设计 概述 在日常生活中和工业生产中，有大量的需要进行温度控制的场合，有大量的需要控制的加热设备。其中，电阻炉就是热处理生产中应用最广的加热设备，是电流通过电热元件产生热量，借助辐射和对流的传递方式将热量传递给工件，使工件加热到所要求的温度。 总体方案的设计 在某煤气/焦碳生产企业中，为了把握工艺规律和控制参数，按比例制作了一台模拟炼焦炉，其中的煤炭采用电阻丝进行加热。要求控制电阻炉中A点的温度按预定的规律变化，同时监测B点的温度，一旦B点温度超过允许值，就应该发出报警信息、并停止加热。 根据设计任务的要求，采用8031单片机系统组成的数字控制器代替常规模拟调节器。整个系统在规定的采样时刻经过A/D转换采集由温度传感器反馈回来的温度反馈测量值，并和给定值进行比较，将经过控制运算后的控制量输出给执行元件控制电阻丝的加热过程。此外，系统还应实现人机接口功能。 模拟炼焦炉温度控制系统总体框图 硬件总体方案设计 人机接口电路 本系统允许用户根据需要随时改变系统的工作状态和控制参数，为此设置了4位LED显示和相应的操作键盘，并由专用控制芯片8279实现与CPU的接口。采用8279后，可以节省CPU用于查询键盘输入和管理显示输出的时间，降低了对CPU处理速度的要求，同时也减少了软件工作量。 温度测量电路 热电偶用来检测炉温，将温度值转换为毫伏级的电压信号。为便于信号远距离传送，采用温度变送器，把热电偶输出信号转换为4~20毫安的电流信号，在接收端再经I/V变换使之变成适于A/D转换的电压信号。 在系统中，采用多路复用方式对两路热电偶信号、冷端补偿信号和标准电压信号进行A/D转换。系统运行过程中，定期对标准电压进行采样，以修正A/D转换器的灵敏度、保证测控精度。为提高系统抗干扰能力，在多路转换开关的控制电路A/D转换电路的数字部分中还采用了光电隔离措施。 温度控制电路 电阻丝由过零触发型的双向晶闸管整流电路驱动，通过调节加热阻丝上的平均电压来控制加热功率，最终达到控制炉温的目的，其原理见图8.11。MOC3021是可控硅型光电隔离器件，它只能触发小功率晶闸管。因此，本系统中通过MOC3021控制双向晶闸管T1，再由T1控制主电路的双向晶闸管T2。 加热控制电路图 过零型双向晶闸管的触发特性 单片机基本系统 单片机是整个系统的核心，它负责协调、控制系统的各个部分完成规定的功能。过零同步信号接到8031CPU的外部中断输入端上，在中断服务程序中进行触发控制和控制周期计数；外部中断用于8279的中断请求管理，在中断服务程序中处理键盘输入。 为了软件简便和节省资源起见，可以选择采样周期T为电网周期的整数倍，这样采样工作和控制运算就可以在同步信号中断服务程序中进行，而不必安排另外的定时器进行采样/控制运算周期定时了。 模拟炼焦炉温度控制系统 软件总体方案设计 温度控制系统软件包括主程序、采样定时中断程序、数字滤波程序、非线性校正程序、控制运算和控制输出处理程序、键盘管理程序等。