試談電阻爐溫度控制系統(tǒng)的改進(jìn)

劉立軍

摘 要：在科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的當(dāng)今，依舊堪憂的是國內(nèi)電阻爐溫度控制設(shè)備的近況。在材料燒結(jié)、熱處理等工藝歷程中，一個(gè)很主要的步驟就是溫度控制。直接影響著工件質(zhì)量的就是溫度控制精度。因此對電阻爐溫度控制系統(tǒng)的改進(jìn)尤為重要。該文關(guān)鍵探討的是電阻爐的溫度控制問題，要完成對電阻爐的溫度控制，就一定要知道電阻爐的特點(diǎn)，爐溫控制的基本原理，跟溫度控制的設(shè)計(jì)相關(guān)，以完成對電阻爐溫度的精確控制，滿足熱處理工藝對溫度的控制精度和控制規(guī)律的需要。

關(guān)鍵詞：電阻爐 溫度控制 改進(jìn)

中圖分類號：TP2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）06（a）-0096-02

在工業(yè)出產(chǎn)中，常常應(yīng)用的重要被控參數(shù)有電流、電壓、溫度、壓力、流量、流速與開關(guān)量。跟著計(jì)較機(jī)技術(shù)的發(fā)展，別開生面的數(shù)字控制，發(fā)展快速。憑借必定的硬件根蒂根基，針對指定的控制目標(biāo)，完成一個(gè)高靠得住性，高效率的計(jì)算機(jī)使用體系，是當(dāng)代工業(yè)與社會(huì)發(fā)展的急切需要。21世紀(jì)計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，微電子技術(shù)的促進(jìn)，讓這一要求能夠完成。與單片機(jī)對比，計(jì)算機(jī)集中控制熱處理系統(tǒng)不但具備控制方便、容易與靈活性等好處，并且能夠大幅度提升被控溫度的技術(shù)目標(biāo)，從而可以高效率的提升產(chǎn)物的質(zhì)量與數(shù)量。基于這些好處，我們使用來計(jì)算機(jī)集中控制熱處理系統(tǒng)對它們實(shí)施控制，是以，計(jì)算機(jī)集中控制熱處理系統(tǒng)對溫度的控制是工件熱處理發(fā)展的方向。

1 什么是電阻爐

1.1 電阻爐類型的介紹

電阻爐的類型也能夠說五花八門，這里講解幾種。高溫臺(tái)車式電阻爐主要使用在高錳鋼襯板、高鉻與高錳鋼鑄件、球墨鑄鐵、軋輥、鋼球、漿泵、錘頭破碎機(jī)、耐磨襯板淬火、固熔、正火、退火和每種機(jī)械零件熱處理。臺(tái)車式回火電爐，主要用于高鉻鑄鋼軋輥回火、軋輥表面焊接修復(fù)后清除焊接應(yīng)力回火和其他使用回火。井式電阻爐顧名思義是象水井式樣的電阻爐，主要用于圓形工件、環(huán)件特別是風(fēng)電法蘭的熱處理專用，也能用于電機(jī)制造業(yè)，電機(jī)轉(zhuǎn)子熱套加熱用途。

1.2 電阻爐的構(gòu)造

電阻爐主要由爐體、加熱機(jī)構(gòu)、溫度控制機(jī)構(gòu)組成。本文就只解說一下臺(tái)式電阻爐吧。臺(tái)式電阻爐由爐體與電控兩部分結(jié)構(gòu)而成。爐體部分主要包含爐殼、爐襯、加熱元件、爐門和臺(tái)車。爐殼從鋼板和型鋼焊接組成，爐襯使用節(jié)能型超輕質(zhì)耐火磚、硅酸鋁纖維和優(yōu)質(zhì)保溫材料結(jié)構(gòu)復(fù)合爐襯。加熱元件用高合金電阻絲繞制成螺旋狀安置于爐襯與臺(tái)車擱磚上；臺(tái)車能夠來回移動(dòng)，方便裝卸料，其和爐殼間使用新穎自動(dòng)密封，密封性能改善了；都要使用電動(dòng)減速機(jī)構(gòu)帶動(dòng)的是爐門的升降和臺(tái)車的進(jìn)出，耐熱鑄鋼件為爐底板，并能選配臺(tái)車傾斜卸料機(jī)構(gòu)。

2 系統(tǒng)工作原理

這種掌控辦法是從1臺(tái)上位機(jī)工作站、打印機(jī)、Rs 485接口和幾臺(tái)下位機(jī)（從機(jī)）構(gòu)成。為了完成分散性掌控、集中式管理就是集散式掌控的目的，體系把Pc機(jī)和幾臺(tái)單片機(jī)（從機(jī)）一起構(gòu)成集散式智能溫度控制體系。

操作人員能在Pc上位機(jī)上實(shí)施操作，經(jīng)過Pc機(jī)的圖形顯示屏，實(shí)行對所有體系和下位機(jī)的監(jiān)控，對下位機(jī)發(fā)出掌控命令的上位機(jī)，同時(shí)下位機(jī)向上位機(jī)報(bào)各數(shù)據(jù)，上位機(jī)對數(shù)據(jù)再做出合理的解決，經(jīng)過這種相通形式，完成了分散控制與集中管理的最好結(jié)果。

下位機(jī)關(guān)鍵包含主CPU部分、通道輸入、通道輸出、鍵盤與顯示部分。他們重要的工作是實(shí)現(xiàn)對溫度的檢驗(yàn)、顯示、計(jì)算、輸送和與上位機(jī)中間的聯(lián)系，且各個(gè)下位機(jī)在本身的工作形式下，可以經(jīng)過應(yīng)用面板上面的鍵盤實(shí)行藝參數(shù)的布置，完善工藝曲線等操作，而在遠(yuǎn)程工作形式下，下位機(jī)不論是布置工藝參數(shù)還是操作工藝運(yùn)行的狀態(tài)與狀況都統(tǒng)統(tǒng)受控于PC上位機(jī)，在控溫的所有經(jīng)過中，以圖形的方式表示工藝曲線的是體系將會(huì)在顯示屏上，而且描繪眼前的現(xiàn)實(shí)溫度與運(yùn)行情況，人機(jī)處于特別友好的合作狀態(tài)。

上位機(jī)應(yīng)用串行接口和每個(gè)下位機(jī)中間互相通信，實(shí)行每一種參數(shù)與命令的輸送和接收，在下位機(jī)運(yùn)行經(jīng)過中，上位機(jī)收到下位機(jī)輸送的工藝參數(shù)，同時(shí)對工藝數(shù)據(jù)實(shí)行記錄和保存，展現(xiàn)工藝曲線于反映下位機(jī)的工作情況，這樣供應(yīng)了了解控溫工藝的有效辦法，同時(shí)上位機(jī)經(jīng)過輸送與讀寫命令對下位機(jī)完成遠(yuǎn)程監(jiān)控。

3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

在單機(jī)片體系設(shè)計(jì)中的軟件關(guān)鍵包含步驟連接體系U1，其中重要包含負(fù)責(zé)主步驟的初始化體系和與單機(jī)片U2實(shí)行連接。T0和T1中服務(wù)步驟（T0中斷服務(wù)順序?qū)嵭胁蓸印V波、轉(zhuǎn)換標(biāo)度、處理越限、控制顯示溫度；T1中斷服務(wù)順序關(guān)鍵控制雙向可控硅的通斷）、采樣子步驟（ADC0809以查詢形式對IN0通道采樣四次）、字濾波子步驟（使用防脈沖干擾平均值法濾波對4次采樣值解決得平均值，以備PID運(yùn)算與溫度標(biāo)度轉(zhuǎn)換應(yīng)用）、標(biāo)度轉(zhuǎn)換子步驟（參數(shù)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后獲得的數(shù)碼值僅對應(yīng)于參數(shù)的大小并不等于之前帶有量綱的參數(shù)值，故一定要把它轉(zhuǎn)換成帶有量綱的數(shù)值方便展現(xiàn)）、PID運(yùn)算子步驟（先求出實(shí)測溫度對所需溫度的偏差值是控制的原理，對偏差值解決而得到控制信號去調(diào)節(jié)電阻爐的加熱功率）和其他子順序（像為實(shí)行采樣值數(shù)碼展示而加入2到10進(jìn)制轉(zhuǎn)換子步驟與壓縮BCD碼成為單字節(jié)BCD碼子步驟；為求取PID運(yùn)算而加入把鍵盤設(shè)定值實(shí)行10到2進(jìn)制轉(zhuǎn)換的子步驟等）。

鍵盤監(jiān)控程序設(shè)計(jì)。本體系功能比較難，思考到假如使用一鍵一義監(jiān)控會(huì)因?yàn)榘粹o太多，造成本錢加多而且面板很難設(shè)置，用戶操作也不容易，所以本設(shè)計(jì)使用一鍵多義的鍵盤監(jiān)控順序。詳細(xì)是：（1）使用狀態(tài)程序編碼設(shè)計(jì)狀態(tài)圖，結(jié)構(gòu)兩張表（即狀態(tài)表與索引表），監(jiān)控步驟依據(jù)當(dāng)前態(tài)碼與鍵碼查表一方面能夠找到任務(wù)模塊wORK0～WORK15中對應(yīng)的某一項(xiàng)予以實(shí)施發(fā)出運(yùn)行命令；另一方面能夠用于下次推斷解決所需的次態(tài)NEXT項(xiàng)。2）顯示輸出順序設(shè)計(jì)。顯示輸出順序包含初始化、經(jīng)過DS1609得到單片機(jī)U1數(shù)據(jù)、控制設(shè)定溫度值顯示與現(xiàn)在溫度值展示。

4 硬件設(shè)計(jì)

4.1 溫度檢測電路

使用鉑電阻溫度傳感器，設(shè)計(jì)成電橋放大電路，把溫度的改變變換成鉑電阻的改變，電橋用電阻連成，再把鉑電阻的改變變換成電橋電壓的改變，這電壓經(jīng)放大后送0809芯片實(shí)施模數(shù)（A/D）變換，單一運(yùn)放組成差動(dòng)放大器是放大電路選用的，約200倍左右的放大倍數(shù)，補(bǔ)償在運(yùn)放內(nèi)設(shè)有，能承受大的差動(dòng)輸寫電壓而且輸寫阻抗比較高。

4.2 A/D轉(zhuǎn)換接口電路

擴(kuò)展了一片模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換芯片ADC0809的是SDB-I型單片單板機(jī)，從而能完成8路的A/D輸入，其口地址為：COOOH-C007H.ADC0809的A/D變換完成信號EOC和8031的P1.3腳相連，因此經(jīng)過盤查P1.3腳是不是為高電平就能知A/D變換是不是己經(jīng)完成8031能夠讀入變換好的數(shù)字目，而且把這數(shù)字目送到軟件部門查表步驟的參數(shù)入口，從而查出它要對應(yīng)的溫度值，就是采樣溫度值。

5 改造方案

分析之前溫度控制體系原理圖能知道，問題的主要在于體系中的溫度指示調(diào)節(jié)儀TCW-32A的溫度給定值布置需要手動(dòng)實(shí)施。因此，作者應(yīng)用了以8031單片機(jī)為重點(diǎn)的智能型溫度調(diào)節(jié)儀TCW-32B，來替代之前爐溫控制體系中的溫度指示調(diào)節(jié)儀TCW-32A。溫度調(diào)節(jié)儀TCW-32B與TCW-32A相比主要是增加了通訊功能，方便了計(jì)算機(jī)的集中控制。如圖2所示的是改造后的爐溫控制系統(tǒng)原理框圖。

5.1 溫度檢查和電路補(bǔ)償

體系的溫度傳感器依然使用鉑銠10—鉑熱電偶。實(shí)用集成溫度傳感器AD590對熱電偶的參比端溫度實(shí)施補(bǔ)償。

5.2 顯示/鍵盤電路

本體系用四位LED展示，靜態(tài)顯示的接口使用MC14495芯片。鍵盤從0～9數(shù)字鍵、確定鍵、RESET鍵共12個(gè)鍵組成，能夠布置工作溫度與時(shí)間還有加熱工件折線圖代號。

5.3 調(diào)節(jié)信號輸出電路

為了方便光電隔離，體系使用串行D/A轉(zhuǎn)換器MAX531和V/I變換器AD694，并使用輸出0～20 mA的連接形式。從軟件實(shí)施公式轉(zhuǎn)換，來把0～10 mA直流調(diào)節(jié)信號輸出完成。

6 結(jié)語

體系結(jié)合智能控制技術(shù)、串行通信技術(shù)和熱處理工藝技術(shù)于一體，具有很好的掌控與跟蹤性能，準(zhǔn)確度高的控溫，在保證其它工藝的條件正常的狀況下，提升了工件的質(zhì)量，把能源消耗降低了，具備一定的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。這體系完成了本地與遠(yuǎn)程兩種工作形式，完成了人機(jī)的友好互動(dòng)，操作容易方便，溫控?cái)?shù)據(jù)能夠及時(shí)實(shí)行解決與保存，從而大大提升了掌控精度。

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