海水冲刷腐蚀加速试验机控制系统.pdf

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1、第5期李瑜煜等．海水冲刷腐蚀加速试验机控制系统637海水冲刷腐蚀加速试验机控制系统李瑜煜1刘志明‘李权2冯海(1．广东工业大学材料与能源学院，广州510006；2．茂名市茂港电力设备制造有限公司，广东茂名525000)摘要采用模糊控制技术，以高性能单片机STCl2C5A60S2为控制核心，设计海水冲刷腐蚀加速试验机控制系统，在电磁干扰分析的基础上对控制系统进行系统级和板级的电磁兼容性设计。试验结果表明：该系统具有多目标控制、抗干扰能力强、功能多、操作简单、稳定可靠及成本低等特点。关键词海水冲刷腐蚀试验机控制系统模糊控制单片

2、机电磁兼容性中图分类号TH871．4文献标识码A文章编号1000-3932(2013)05-0637-06海水的冲刷腐蚀是一种常见的严重且危害更大的腐蚀损坏现象，对海洋设备造成了破坏、对人民群众的生命财产安全造成威胁。特别是核电站设施，万一出现腐蚀损坏，将会造成巨大的灾难。因而研制海水冲刷腐蚀试验装置，是研究海洋环境中金属材料的冲刷腐蚀试验手段，为实海环境设施的设计和防护提供依据，特别是目前市场上还没有冲刷腐蚀试验仪的情况下，此研究更显得意义重大。冲刷腐蚀试验是一个长时间的连续试验过程，要求24h连续不停地运行近百甚至近千

3、小时‘¨1。笔者研制金属海水冲刷腐蚀加速试验装置的控制系统，以实现试验装置稳定、精确而又持久地运行，以利于提高海水冲刷腐蚀试验的可靠性和精确性，并降低试验工作人员的操作强度和难度。1控制系统的结构金属海水冲刷腐蚀加速试验装置的控制系统应需具备转速自动调节、恒温自动调节、实时参数显示与实时报警功能口。’。其技术性能指标如下：温度控制范围室温一150℃温度测控精度±0．5℃转速控制范围0—300r／min转速测量和控制精度±0．2r／min加热功率最大16kW为降低成本并增强反盗版功能，参考相关资料并结合试验经验设计如图1所示

4、的控制系统逻辑结构，系统采用模糊控制技术，以高性能单片机sTCl2C5A60s2为控制核心，由温度调节、速度调节控制、输入及液晶显示等模块组成。可以在独立键盘上设定温度、速度和工作时间，将采集到的温度和转速数据经模糊控制运算后进行精确控制，并把工作状态显示到液晶屏上；同时，系统设计有在线测控和安全报警功能。一际翮．．晤而转速传感器l卜．I⋯⋯r一PWM醐2踟卜{运垂幢转速传感器2t-"中I报警模块}．一央I睹‘喜：，矗·且挂f{毛，^‘I■、I控l一一一’⋯一⋯’。_r————一制f-1电热器l温度传感器l卜．l输入模块卜

5、一系斗黝鞠麒岚8鼢卜{霜赢感黼l统I电源模块卜一--t速度测量模块《4路)I一图l海水冲刷腐蚀试验装置控制系统原理框图控制系统主要涉及的两大控制功能是冲刷速度(即转速)和腐蚀介质温度控制。速度调节控制由单片机控制变频器实现。根据设计要求，两收稿日期：2012-12—17基金项目：2010年度广东省教育部产学研合作项目(201213090400513)638化工自动化及仪表第40卷组冲刷试样在冲刷流道内不停地互为相反方向运动，并分别由两个2kW交流异步电机驱动，其转速可程控，对应有两组2000P／R的光电编码器作转速传感器，

6、两个转向互为相反的动力电机分别由单片机输出的两组PWM信号控制两个变频器来实现。均匀分布于腐蚀剂容器中的8个加热器分别由8个晶闸管功率控制电路控制，其测温传感器根据容器结构设计为4个。采用集成温度传感器DSl8820作测温传感器，采用光电编码器用作测速传感器；腐蚀介质温度调节通过控制发热管的输入功率和通电时间进行调节，具体是通过单片机和辅助电路来控制晶闸管来实现的。2电路2．1温度调节控制电路控温系统由温度检测、功率控制电路和显示电路3部分组成。传感器实时采集的温度数据由单片机进行计算处理后输出控制指令，从而实现试验装置温

7、度场的精确控制。测温电路采用DSl8820典型电路，为了满足远距离数字信号传输并提高抗干扰性，在信号传输端加一个上拉电阻M]。加热控制电路由光耦MOC3081与晶闸管BTA20组成。显示功能则与整体电路共用一个显示模块。温度调节电路中的单路电路如图2所示。图2温度调节控制单路电路加热控制电路有别于常规方法的相位检测，此处采用过零检测方法。利用D触发器芯片CD403I构建过零检测电路，直接检测整流电源的电位并由控制端口实现晶闸管的过零控制。其工作过程是：三极管串接限流电阻接到整流电桥的输出端，产生100Hz的半正弦波信号，利

8、用三极管的开关特性产生脉冲信号，当信号电压高于开启电压时(约0．7V)输出高电平，当信号电压低于开启电压时输出低电平，这样可产生一个对应100Hz的过零脉冲信号直接用于晶闸管的控制；无需对控制信号进行数一模转换，无需占用单片机的内部资源。工作时，当过零脉冲信号触发双主一从D型触发器，在R=0且S=0模式