单片机在钢缆拉丝退火炉温度控制中的应用来

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1、第21卷第4期南京林业大学学报Vol.21No.41997年12月]ournalofNanjingForestryUniversityDec.1997单片机在钢缆拉丝退火炉温度控制中的应用来秦松涛潘雷(南京林业大学机械工程学院南京210037)摘要阐述由8031单片机和接口电路组成的钢缆拉丝退火炉温度闭环控制系统的工作原理和主要设计方法及其应用。关键词单片机:退火炉:温度控制中图分类号TH1221拉丝工艺对退火炉温度控制的要求一般用于船舶、起重运输机械及各种车辆的钢缆，在生产过程中都要进行拉丝，将粗的棒料冷拉成各种规格的细钢丝，再经多股捻丝，

2、制成产品。拉丝前，须对材料进行退火处理，以改善材料的性能，提高伸长率，降低冷作硬化等，确保拉丝工艺顺利进行。整个退火过程是在生产流水线上进行，即牵引一定数量(如20~40根)钢元，并排通过退火炉。在炉中完成加热、保温退火和上铅等工序。根据工艺规程，对三个区的温度控制有严格要求，如某0种材料加热区温度应为990C左右，保证退火区温度为964oC1:5oC，上铅区温度为495oC1:5oC。退火炉长约18~20m，高1.5m，宽2m。退火炉的平面布置见图1。2系统控制原理2.1控制过程系统的组成和控制框图，如图1所示。由MCS-51系列中8031

3、单片机和接口电路构成闭环控制系统，对退火炉中三点温度(加热区、退火区和上铅区)用三个温度传感器分别进行实时检测。同时将退火区的瞬时温度和符合退火工艺规程要求的设定温度及加热区温度进行比较计算处理，确定加热区须升温还是降温，并通过控制输送燃煤的炉排驱动电机(交流电磁调速电机)的转速，增加或减少供煤量，并控制鼓风机的风量阀的开启度，实现温度控制目标。*收稿日期1997-06-18修改稿收到日期1997-11-04第一作者简介:秦松涛，男，南京林业大学机械工程学院副教授。-81一南京林业大学学报第21卷第4期加热一区应火一区上铅一区图1系统组成的控

4、制框图Fig.1Componentandcontrolofthesystem2.2基本控制原理2.2.1实时检测三点温度将加热区、退火区和上铅区三个温度传感器送来的mV信号，经多路开关选择，变成一路电压信号，再经由7650组成的前置放大器放大100倍，并由VFC32电压频率转换器转换成一路脉冲信号，输给8031单片机，由CPU计算对应温度，并予实时显示或打印。在温度测量中，温度传感器输出的mV信号与温度里非线性对应关系，亦即测得的脉冲与温度里非线性对应。本装置采用分段线性插值法，根据温度传感器分度表，将量程分为足够多的小段，分段数越多，测量越

5、准确，并找到各段的分界点一一折点的温度和脉冲的对应值。然后根据线性插值原理，在各量程段内，由测量脉冲值与对应段的斜率，按下式计算对应温度值Y=Yi+k;CX-xi)式中Y一一本次温度值Yi一一第i段折点温度值:Xi一一第i段折点脉冲值X本次脉冲值:ki一一第i段斜率。本系统中量程分段数较多(17段)，并且预先对温度传感器分度表进行处理，使各量程段的斜率hz及折点的坐标(xi和y)均较准确，故较精确地测得三点的实时温度。821997年总第74期秦松涛等:单片机在钢缆拉丝退火炉温度控制中的应用2.2.2温度的主控制由8253计时器/计数器1通道产

6、生12.5ms的计时基准，并由8031单片机内部的To计时/计数器对12.5ms计数，产生0.5s中断To。考虑加热区温度变化趋势，由8031的CPU对退火区的瞬时温度和设定温度进行PID计算处理，得到输出量y，并经8253的2通道输出一个脉宽调制信号，经转换变成4~20mA的电流标准信号，送交流电磁调速电机的控制器，进而调节电机的转速，炉排的速度和供煤量也相应改变，因而温度得到控制。2.2.3温度的辅助控制同时，经I10输出接口某位，控制鼓风机的风量阀的开启度(全开、半开及微开)，调节进风量，使之与供煤量相配，进行辅助调温。3控制系统的设计

7、3.1采用PID调节考虑到本系统控制对象惯性大、干扰因素多，难以建立一个控制对象的数学模型，而采用PID调节能较好地解决上述问题，故本控制系统采用PID调节方式，进行温度调节的计算。Zk=α•ek+b(冉冉一1)+c.Zk一1式中:α=一1一1+0.1Db=~1十0.1D0.1Dc-1+0.1Dek=t-T+ε(tktm-tk-1加)t一-Æ火区瞬时温度T一一退火区设定温度:ek一一本次温度偏差tktm一一加热区本次温度:tk-1加一一加热区前次温度:ε一一加热区温度变化修正系数，由现场整定:冉一1一一前次温度偏差;D一一微分时间常数，由系统

8、现场整定。为了考虑加热区温度变化对退火区温度控制的影响，本系统在计算时，对一般情况下的表达式ek=t-T，进行了适当修正，增加了ε(tk加-tk-1加)。经现场调试