电阻炉温度控制系统硬件设计文献综述

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1、文献综述电阻炉温度控制系统硬件设计1前言部分电阻炉石热处理常用设备之一，电阻炉可以提供室温至1300°C范围的温场。维持电阻炉某一范围的温度恒定是必须要解决的问题。电阻炉的发热体为电阻丝。电阻炉通常采用模拟仪表测量温度，并通过控制交流接触器的通断时间比例来控制加热功率，由于模拟仪表本身的测量精度差，加上交流及接触器的寿命短，通断比例低，故控制精度低。模糊控制虽然能够得到较好的动态响应特性,但模糊控制也存在固有的缺点,容易受模糊规则有限等级的限制而引起误差。而数字PID控制则能够较好地解决控制精度的问题,并且计算机能够用程序既简单又方便地实现数字PID控制规律,对精度调整很方便。2主题部分国际动

2、态国际上从70年代就开始了电阻炉计算机控制系统的研究，近十年来，由于计算机技术的迅速发展，电阻炉计算机控制的应用也日趋广泛，控制水平明显提高，取得了一些应用成果。表1介绍了电阻炉计算机控制应用的现状。随着数字计算机向小型、高速、大容量、低成本方向的发展，传统的PID控制和现代控制理论都在不断的发展，并取得了丰硕的成果。智能化、网络化已成为发展的趋势。国内动态80年代以后，国内对电阻炉的控制进行了广泛的研究，并且随着微型计算机技术的发展，电阻炉计算机控制逐步进入实用化阶段。目前，国内电阻炉控制系统的研究现状如下：1)采用先进的控制设备随着单片机、工业控制机、可编程控制器等先进控制系统的发展，逐步

3、取代了以前大规模的继电器、模拟式仪表。单片机也因其极高的性价比而受到人们的重视和关注“，获得广泛地应用和迅速地发展。单片机的优点是体积小、重量轻、抗干扰能力强，对环境要求不高，价格低廉，可靠性高，灵活性好，开发较为容易。它的软件编程比较简单，广大工程技术人员通过学习单片机的知识后，就能根据自己的实际需要开发、设计一个单片机系统，并可获得较高的经济效益。正因为如此，在我国单片机已被广泛地应用在工业自动化控制、自动检测、智能仪表、家用电器等各个方面。它将成为智能仪器和中、小型控制系统中应用最多的一种微型计算机。2)采用新的控制方法对传统的负反馈、单一PID控制系统做了多种补充，从而使控制性能更佳。

4、同时，越来越多的控制系统采用现代控制理论，最优控制、自适应控制、自校正控制器、自整定PID参数控制器，有些已成功地在工业中得以应用。3)管理系统的应用除了传统的现场过程级闭环控制以外，电阻炉控制系统还具备了统一管理、数据存储、报警记录、报表生成等主要功能。管理系统应用的扩展，大大提高了电阻炉控制系统的应用性能和实用价值，提高了生产效率。系统硬件设计系统硬件部分主要由单片机主控模块、输入通道（前向通道）、输出通道（后向通道）、人机接口模块等组成。其硬件总体结构框图如图1所示。温度控制系统以AT89C52单片机为核心，外扩键盘输入、LED等外围电路实现的。图1系统硬件总体结构框图AT89C52是整

5、个系统的CPU,测量的温度由DS18B20数字温度传感器检测并直接转换成数字信号，单片机将该温度值与被控制值(设定温度值)进行比较，计算出温度偏差,根据其偏差值的大小，然后采用PID控制算法并计算出相应的控制输出量,最后通过D/A转换电路（这里采用PWM调功方式，相当于D/A转换器）控制固态继电器在控制周期内的通断占空比（即控制电阻炉平均功率的大小），将控制输出量输出，控制加热器工作,进而达到对温度进行控制的目的。AT89C52还负责按键处理、液晶显示以及与上位机进行通信等工作。(1)温度检测电路电路如图2所示。本系统选用镍铬一镍硅热电偶作为温度传感器。其理由是它的测温范围适中，线性度较好，价

6、格便宜，输出热电势较(40ttv／。c)，便于测量放大器选配。图2温度检测系统热电偶冷端温度补偿采用集成温度传感器AD590，流过AD590的电流I，一273pA+丁。℃×1ttA／。C，T。为室温。负载电阻R上输出电压y。，一J。R，选择尺使y0U，在A／D允许输入电压范围内，本系统选尺一10kQ。这种测量方法，冷端温度准确，克服了常规方法补偿误差大和不方便的缺点。系统软件设计系统中软件需要完成的主要功能是:数据采集、数值处理、PID控制算法及控制输出、相应的数值显示、按键处理以及避免程序跑飞的程序监视等。程序设计遵循自顶向下、模块化设计的原则,相应的程序流程图如图2所示。这个只是系统的主程

7、序模块,主程序主要完成初始化、温度采集、数据处理和发送、PID子程序的调用，并将变换量按比例转换为PWM波的时间来控制固态继电器从而控制加热时间。图3系统主程序流程图炉温自动控制原理根据炉温对给定温度的偏差，自动接通或断开供给炉子的热源能量，或连续改变热源能量的大小，使炉温稳定有给定温度范围，以满足热处理工艺的需要。温度自动控制常用调节规律有二位式、三位式、比例、比例积分和比例积分微分等几种。电阻