一種加熱爐溫度控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種加熱爐控制系統(tǒng)，其特征在本控制對(duì)象電阻加熱爐功率為800W，由220V交流電供電，采用雙向可控硅進(jìn)行控制。本設(shè)計(jì)針對(duì)一個(gè)溫度區(qū)進(jìn)行溫度控制，要求控制溫度范圍50～350C，保溫階段溫度控制精度為正負(fù)1度。選擇合適的傳感器，計(jì)算機(jī)輸出信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)換后通過(guò)雙向可控硅控制器控制加熱電阻兩端的電壓。
【專利說(shuō)明】
一種加熱爐溫度控制系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種加熱爐溫度控制系統(tǒng)，尤其設(shè)計(jì)一種基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的加熱爐溫 度控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 電加熱爐隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)水平的提高，已經(jīng)在冶金、化工、機(jī)械等 各類工業(yè)控制中得到了廣泛應(yīng)用，并且在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有舉足輕重的地位。對(duì)于這樣一個(gè) 具有非線性、大滯后、大慣性、時(shí)變性、升溫單向性等特點(diǎn)的控制對(duì)象，很難用數(shù)學(xué)方法建立 精確的數(shù)學(xué)模型，因此用傳統(tǒng)的控制理論和方法很難達(dá)到好的控制效果。
[0003] 單片機(jī)以其高可靠性、高性能價(jià)格比、控制方便簡(jiǎn)單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)控 制系統(tǒng)、智能化儀器儀表等諸多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。采用單片機(jī)進(jìn)行爐溫控制，可以提高控 制質(zhì)量和自動(dòng)化水平。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 在本控制對(duì)象電阻加熱爐功率為800W，由220V交流電供電，采用雙向可控硅進(jìn)行 控制。本設(shè)計(jì)針對(duì)一個(gè)溫度區(qū)進(jìn)行溫度控制，要求控制溫度范圍50~350C，保溫階段溫度 控制精度為正負(fù)1度。選擇合適的傳感器，計(jì)算機(jī)輸出信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)換后通過(guò)雙向可控硅控制 器控制加熱電阻兩端的電壓。其對(duì)象問(wèn)溫控?cái)?shù)學(xué)模型為：
[0006] 其中：時(shí)間常數(shù)Td = 350秒
[0007] 放大系數(shù)Kd = 50
[0008] 滯后時(shí)間t = 10秒
[0009] 控制算法選用改PID控制。
[0010] 本系統(tǒng)的單片機(jī)爐溫控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要由單片機(jī)控制器、可控硅輸出部分、熱電 偶傳感器、溫度變送器以及被控對(duì)象組成。
【附圖說(shuō)明】
[0011] 圖1是系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖
[0012] 圖中：1_單片機(jī)；2-鍵盤(pán)；3-LED顯示；4-通信接□ ;5_報(bào)警電；6-A/D轉(zhuǎn)換；7-測(cè) 量變送；8-溫度檢測(cè)；9-溫度；10-D/A轉(zhuǎn)換；11-驅(qū)動(dòng)電路；12-加熱電阻。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 本系統(tǒng)的單片機(jī)爐溫控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要由單片機(jī)控制器、可控硅輸出部分、熱電 偶傳感器、溫度變送器以及被控對(duì)象組成。
[0014] 本系統(tǒng)所需電源有220V交流市電、直流5V電壓和低壓交流電，故需要變壓器、整 流裝置和穩(wěn)壓芯片等組成電源電路。電源變壓器是將交流電網(wǎng)220V的電壓變?yōu)樗枰?電壓值，然后通過(guò)整流電路將交流電壓變?yōu)槊}動(dòng)的直流電壓。由于此脈動(dòng)的直流電壓還含 有較大的紋波，必須通過(guò)濾波電路加以濾除，從而得到平滑的直流電壓。但這樣的電壓還隨 電網(wǎng)電壓波動(dòng)（一般有+-10%左右的波動(dòng)）、負(fù)載和溫度的變化而變化。因而在整流、濾波 電路之后，還需要接穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)、負(fù)載和溫度變化時(shí)，維 持輸出直流電壓穩(wěn)定。整流裝置采用二極管橋式整流，穩(wěn)壓芯片采用78L05,配合電容將電 壓穩(wěn)定在5V，供控制電路、測(cè)量電路和驅(qū)動(dòng)執(zhí)行電路中弱電部分使用。除此之外，220V交 流市電還是加熱電阻兩端的電壓，通過(guò)控制雙向可控硅的導(dǎo)通與截止來(lái)控制加熱電阻的功 率。低壓交流電即變壓器二次側(cè)的電壓，通過(guò)過(guò)零檢測(cè)電路檢測(cè)交流電的過(guò)零點(diǎn)，送入單片 機(jī)后，由控制程序決定雙向可控硅的導(dǎo)通角，以達(dá)到控制加熱電阻功率的目的。
[0015] 在檢測(cè)裝置中，溫度檢測(cè)用WZP-231鉑熱電阻（PtlOO)，采用三線制接法，采樣電 路為橋式測(cè)量電路，其輸入量程為50~350?！鉉，經(jīng)測(cè)量電路米樣后輸出2~5V電壓，再經(jīng) 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0809進(jìn)行轉(zhuǎn)換，變?yōu)閿?shù)字量后送入單片機(jī)進(jìn)行分析處理。
[0016] 硬件輸出通道主要包括加熱電阻的控制環(huán)節(jié)，而此控制環(huán)節(jié)的核心是雙向可控 硅，但電路的關(guān)鍵是設(shè)計(jì)雙向可控硅的驅(qū)動(dòng)電路。雙向可控硅的通斷直接決定加熱電阻的 工作與不工作，本部分用帶過(guò)零觸發(fā)的光耦M0C3061來(lái)驅(qū)動(dòng)。
[0017] 在驅(qū)動(dòng)電路中，由于是弱電控制強(qiáng)電，而弱電又很容易受到強(qiáng)電的干擾，影響系統(tǒng) 的工作效率和實(shí)時(shí)性，甚至燒毀整個(gè)系統(tǒng)，導(dǎo)致不可挽回的后果，因此必須要加入抗干擾措 施，將強(qiáng)弱電隔離。光耦合器是靠光傳送信號(hào)，切斷了各部件之間地線的聯(lián)系，從根本上對(duì) 強(qiáng)弱電進(jìn)行隔離，從而可以有效地抑制掉干擾信號(hào)。此外，光耦合器提供了較好的帶寬，較 低的輸入失調(diào)漂移和增益溫度系數(shù)。因此，能夠較好地滿足信號(hào)傳輸速度的要求，且光耦合 器非常容易得到觸發(fā)脈沖，具有可靠、體積小、等特點(diǎn)。所以在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用了帶過(guò)零 檢測(cè)的光電隔離器M0C3061，用來(lái)驅(qū)動(dòng)雙向可控硅并隔離控制回路和主回路。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.本發(fā)明公開(kāi)了一種加熱爐控制系統(tǒng)，其特征在本控制對(duì)象電阻加熱爐功率為800W， 由220V交流電供電，采用雙向可控硅進(jìn)行控制。本設(shè)計(jì)針對(duì)一個(gè)溫度區(qū)進(jìn)行溫度控制，要 求控制溫度范圍50~350C，保溫階段溫度控制精度為正負(fù)1度。選擇合適的傳感器，計(jì)算 機(jī)輸出信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)換后通過(guò)雙向可控硅控制器控制加熱電阻兩端的電壓。
【文檔編號(hào)】G05D23/24GK105892526SQ201410764464
【公開(kāi)日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2014年11月27日
【發(fā)明人】金佛榮
【申請(qǐng)人】金佛榮