機(jī)電一體化中馬弗爐溫度控制器設(shè)計(jì)

1、機(jī)電一體化中馬弗爐溫度控制器設(shè)計(jì)【摘要】機(jī)電一體化技術(shù)是指在系統(tǒng)層面綜合利用機(jī)械 技術(shù)、自動控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)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(shí)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(jī)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(jī)電一體化技術(shù)實(shí)現(xiàn)馬弗爐的溫度控制進(jìn)行了討論 和分析?！娟P(guān)鍵字】機(jī)電一體化；馬弗爐；溫度控制引言在工業(yè)控制中應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)有如下幾方面意義:(1) 面對現(xiàn)行的機(jī)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(jī)電一體化技術(shù)實(shí)現(xiàn)控制的快速 響應(yīng)，減小能耗，優(yōu)化運(yùn)行性能；(2)機(jī)電一

2、體化技術(shù)能夠 實(shí)現(xiàn)純機(jī)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(jì)算機(jī)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(jī)構(gòu)和操作流程；(5) 軟件技術(shù)可以使機(jī)械工作實(shí)現(xiàn)程序化，提升其工作靈敏度， 實(shí)現(xiàn)設(shè)備的多功能化。(6)機(jī)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(shí)現(xiàn)智能分析等功能，進(jìn)而實(shí)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(jī)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

3、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(jī)電一體化技 術(shù)實(shí)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(jī)電一體化控制希望通過電子器件的控制 實(shí)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(shí)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°c所需時間不 低于 30min,在 500°c恒溫 30min,再從 500°c升至 815°

4、;c, 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(jī)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(jì)實(shí)際使用中需要馬弗爐實(shí)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(jī)電一體化技術(shù)實(shí)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(jī)、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(shí)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max

5、6675轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓 信號，實(shí)現(xiàn)信號數(shù)字化，然后將數(shù)字信號與單片機(jī)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(jī)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(shí)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(jī)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(shí)現(xiàn)實(shí)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(jì)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)

6、的目的。3溫度控制電路設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)功率的控制。該方案的優(yōu)點(diǎn)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(jì)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r

7、c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is 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is內(nèi)全關(guān)斷時，其觸發(fā)頻率為ohz,輸 出交流電壓波頭數(shù)為0o利用該系統(tǒng)使用的控制算法獲得is 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(shí)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(jī)電一體化在控制方面具有很強(qiáng)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(jī)和溫度傳感器的機(jī)電一體 化控制方案，實(shí)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(jī)為核心，具有很多功能擴(kuò)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)：1 于軍，李坤基于stc12c5a60s2的馬弗爐溫度控制 器設(shè)計(jì)j.今日電子，2010 (6).2 張葆青，閆石，陳爽機(jī)電一體化技