機電一體化的馬弗爐溫度控制器設(shè)計

時間：2022-10-05 19:11:34 機電一體化畢業(yè)論文我要投稿

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　　機電一體化的馬弗爐溫度控制器設(shè)計

機電一體化的馬弗爐溫度控制器設(shè)計

　　【摘要】機電一體化技術(shù)是指在系統(tǒng)層面綜合利用機械技術(shù)、自動控制技術(shù)、計算機技術(shù)、信息技術(shù)、電力電子技術(shù)及軟件編程技術(shù)等群體性技術(shù)，通過合理配置與布局實現(xiàn)目標(biāo)功能優(yōu)化組織結(jié)構(gòu)的技術(shù)。

　　而馬弗爐是高性能機電一體化中的智能產(chǎn)品，在冶金行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。

　　本文就如何利用機電一體化技術(shù)實現(xiàn)馬弗爐的溫度控制進(jìn)行了討論和分析。

　　【關(guān)鍵字】機電一體化;馬弗爐;溫度控制

　　引言

　　在工業(yè)控制中應(yīng)用機電一體化技術(shù)有如下幾方面意義：(1)面對現(xiàn)行的機械技術(shù)必須進(jìn)行性能改善、質(zhì)量減輕和精度提高的情況，必須使用機電一體化技術(shù)實現(xiàn)控制的快速響應(yīng)，減小能耗，優(yōu)化運行性能;(2)機電一體化技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)純機械技術(shù)手段所無法達(dá)到的工作目的和控制精度;

　　(3)微電子技術(shù)中的大規(guī)模集成電路、微型處理器等裝置可以幫助提高對產(chǎn)品的控制力;(4)計算機技術(shù)等的應(yīng)用可以改進(jìn)設(shè)備的自動化程度，簡化操作機構(gòu)和操作流程;(5)軟件技術(shù)可以使機械工作實現(xiàn)程序化，提升其工作靈敏度，實現(xiàn)設(shè)備的多功能化。

　　(6)機電一體化技術(shù)還具有其他多種復(fù)合功能，利用這些功能能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品和系統(tǒng)的自動檢測與控制，以及實現(xiàn)智能分析等功能，進(jìn)而實現(xiàn)產(chǎn)品制造的智能化。

　　馬弗爐又稱為箱式電阻爐，是一種通用加熱設(shè)備，被廣泛應(yīng)用于冶金、機械、建材、化工等行業(yè)。

　　當(dāng)前的冶金工業(yè)對自動化、智能化程度的要求越來越高，本文就目前情況下的冶金工業(yè)現(xiàn)狀對傳統(tǒng)馬弗爐進(jìn)行改進(jìn)，利用機電一體化技術(shù)實現(xiàn)了馬弗爐的溫度控制功能。

　　1　系統(tǒng)控制要求

　　本馬弗爐的機電一體化控制希望通過電子器件的控制實現(xiàn)慢灰、快灰、揮發(fā)分和通用四個功能，要求選擇相應(yīng)的功能按鍵可以實現(xiàn)相應(yīng)的功能并對應(yīng)的指示燈變亮。

　　該系統(tǒng)當(dāng)進(jìn)入測試或者測試程序后，如果想裝入另一測試程序，需要通過復(fù)位或者重新上電進(jìn)行重新初始化才能進(jìn)行新的功能選擇。

　　由于每個功能的每個階段需要達(dá)到的溫度和時間都不相同，如慢灰功能要求溫度從室溫升到500℃所需時間不低于30min，在500℃恒溫30min，再從500℃升至815℃，然后保持恒溫。

　　可以看到，若采用人工控制方法，不僅很難控制溫度和時間以達(dá)到要求，還限制了操作人員進(jìn)行其他工作。

　　此時機電一體化技術(shù)的控制性能優(yōu)勢就體現(xiàn)出來了。

　　2　系統(tǒng)工作原理設(shè)計

　　實際使用中需要馬弗爐實現(xiàn)在規(guī)定時間內(nèi)進(jìn)行加熱或者保溫等功能，如果利用機電一體化技術(shù)實現(xiàn)該功能可以保證溫度控制的準(zhǔn)確性和靈敏性，還能節(jié)省一定的人力成本。

　　本系統(tǒng)硬件由以下幾部分電路組成：AT89C52單片機、溫度檢測和控制電路、溫度-電壓轉(zhuǎn)換電路、顯示及報警電路、時鐘電路、鍵盤電路等，如圖1所示：

　　圖1　馬弗爐溫度控制系統(tǒng)硬件實現(xiàn)框圖

　　本系統(tǒng)利用K型熱電偶構(gòu)成的溫度檢測電路能夠?qū)ⅠR弗爐的溫度通過高精度的集成芯片MAX6675轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓信號，實現(xiàn)信號數(shù)字化，然后將數(shù)字信號與單片機的I/O接口直接進(jìn)行對接，這種數(shù)據(jù)傳輸方式減少了外圍電路的成本，并且由于是信號的直接傳遞，故可以保證較高的控制精度。

　　在單片機接收到輸入信號后，按程序?qū)π盘栠M(jìn)行數(shù)據(jù)處理，然后將結(jié)果顯示在液晶屏上并判斷溫度是否達(dá)到要求，確定是否進(jìn)行報警。

　　而鍵盤電路的主要作用是，根據(jù)實際操作需要進(jìn)行特定功能的選擇或者特定溫度的輸入，然后通過單片機將信號傳輸?shù)今R弗爐溫度控制電路中，在規(guī)定時間內(nèi)完成規(guī)定操作。

　　利用該方法，還可以實現(xiàn)實際溫度與設(shè)定溫度的比較，通過軟件控制算法進(jìn)行控制量計算，進(jìn)而控制固態(tài)繼電器的導(dǎo)通與切斷，達(dá)到溫度調(diào)節(jié)的目的。

　　3　溫度控制電路設(shè)計

　　本系統(tǒng)中的溫度控制模塊主要由兩片CD4527，一片74LS221和一片MC1413相互連接構(gòu)成。

　　鑒于過零固態(tài)繼電器具有光電隔離功能，故可以將其直接與數(shù)字電路進(jìn)行對接。

　　本系統(tǒng)采用Z型SSR實現(xiàn)功率的控制。

　　該方案的優(yōu)點在于其輸出電壓中所包含的高次諧波成分較傳統(tǒng)可控硅移相式調(diào)壓調(diào)節(jié)方式低，可以減少電磁污染。

　　Z型SSR中還加入了過零控制電路。

　　該電路是指，當(dāng)加入控制信號，交流電壓過零時，SSR表現(xiàn)為通路;當(dāng)斷開控制信號后，直到等待交流電出現(xiàn)正半軸與負(fù)半周的交界，也就是出現(xiàn)零電位時，SSR表現(xiàn)為斷態(tài)。

　　這種設(shè)計方式可以防止高次諧波的干擾，減少對電網(wǎng)的污染。

　　而利用RC串聯(lián)構(gòu)成的吸收電路的引入還可以防止從電源中傳來的尖峰、浪涌電壓對開關(guān)器件雙向可控硅管的沖擊和干擾。

　　根據(jù)Z型SSR的工作原理可以知道，當(dāng)Z型SSR在1s內(nèi)全導(dǎo)通時，其觸發(fā)頻率為100Hz，輸出交流電壓波頭數(shù)為100;當(dāng)Z型SSR在1s內(nèi)全關(guān)斷時，其觸發(fā)頻率為0Hz，輸出交流電壓波頭數(shù)為0。

　　利用該系統(tǒng)使用的控制算法獲得1s內(nèi)出現(xiàn)的波頭數(shù)，然后將波頭數(shù)的十位和個位分別傳遞給P2口的高4位和低4位，也就是利用CD4527的BCD輸入數(shù)來控制電路的交流輸出，利用輸出波形控制Z型SSR的開與斷，最終實現(xiàn)改變馬弗爐的輸入功率的目的，使馬弗爐溫度達(dá)到預(yù)設(shè)值。

　　部分程序代碼如下：

　　4總結(jié)

　　鑒于機電一體化在控制方面具有很強的優(yōu)勢，如不需要過多的人力成本，控制的準(zhǔn)確度和靈敏度均具有非常高的水平等，本文提出了一種基于單片機和溫度傳感器的機電一體化控制方案，實現(xiàn)了對馬弗爐溫度的自動化、智能化控制。

　　該方案以單片機為核心，具有很多功能擴展模塊，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，功能齊全，具有良好的應(yīng)用前景。

　　參考文獻(xiàn)：

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