基于A(yíng)RM控制器的滲炭爐溫度控制系統的設計

2.5 PWM定時(shí)器接口

本設計采用PWM脈沖發(fā)送給三相可控硅信號來(lái)控制晶閘管的關(guān)斷，通常是通過(guò)輸入通道將溫度傳感器感受到的被控對象(當前溫度)轉變?yōu)閿底至坎⑤斎氲?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/控制器">控制器中，控制器求出輸入的當前溫度值與設定值的偏差，并根據該偏差進(jìn)行自適應的模糊，PID運算，最后根據PID運算的結果，通過(guò)功率調節電路改變給定周期內加熱絲的通電時(shí)間來(lái)實(shí)現對溫度的控制。用PWM輸出脈沖調節功率的實(shí)質(zhì)是利用占空比的調節來(lái)改變加熱絲的平均功率。功率調節電路是控制系統的執行機構，要求能根據

需要對輸出功率進(jìn)行精確的調節，它是系統中最關(guān)鍵的組成部分之一，也常常是故障率最高的部分。

這里選用過(guò)零調壓的方法，因為這樣可以減少諧波干擾。由于PWM的頻率很大、變化周期很短，故選用PWM脈沖頻率為40Hz，占空比為O.8，這樣可增加周期長(cháng)度，進(jìn)而更加有利于對溫度變化的控制。

2.6 熱電偶冷端溫度測量

由于熱電偶的冷端溫度隨著(zhù)環(huán)境溫度的變化而變化，所以需要對熱電偶的冷端溫度進(jìn)行補償。在有的設計中直接在熱電偶測溫電路中用電橋法補償，但需要經(jīng)常校準，比較麻煩。本文實(shí)時(shí)測量熱電偶的冷端環(huán)境溫度，用軟件的方法進(jìn)行補償。

用MAX876產(chǎn)生IOV精密電壓基準，輸出誤差為±7mV，配合OP07產(chǎn)生lOmA恒流源，運算放大器工作在開(kāi)環(huán)狀態(tài)，由于同相端和反相端的壓差幾乎為零，運算放大器的偏置電流可以忽略不計，所以產(chǎn)生lOmA的電流通過(guò)100Ω的鉑電阻。查鉑熱電阻(Ptl00)的分度表可知，0℃為100Ω，加℃為107.79Ω，大約每升高1℃，熱電阻的阻值增加為0.39Ω，那么熱電阻的電壓變化為0.0039V。而s3c44BOX內置10位A/D轉換器，基準電壓為2.5V，分辨率為0.00244V，所以10位A/D轉換器能滿(mǎn)足精度要求。具體如圖9所示。

冷端溫度測量的輸出接在S3C44BOX的A/D轉換器的AIN0通道上。

2.7 系統時(shí)鐘與復位電路設計

系統CPU外部晶振頻率為8MHz，由于S3C44BOX內部有鎖相環(huán)，CPU主頻可幾倍于外部晶振(CPU主頻可通過(guò)軟件設定)。用于系統實(shí)時(shí)時(shí)鐘的備用鋰(Li)電池電源，系統實(shí)時(shí)時(shí)鐘頻率為32.726kHz。

系統內部有看門(mén)猗電路，可以通過(guò)軟件設定看門(mén)狗時(shí)間。但是為了系統的可靠性。設計了系統的硬復位電路，它通過(guò)斯密特74hel4觸發(fā)器復位。

3 溫度控制系統的軟件設計

3.1 主控模塊及其功能

主控模塊程序主要由S3C44BOX的初始化程序、定時(shí)器的初始化程序以及一個(gè)循環(huán)控制結構組成。

程序開(kāi)始執行時(shí)，首先設置堆棧指針，建立一個(gè)軟件堆棧區;由于S3C44BOX的I/O口多為復用模式，因此需要對I/O口控制寄存器進(jìn)行設置，選擇工作方式;程序還需要設置內置看門(mén)狗，以保障軟件的可靠運行。CPU的高速輸出器HSO用于按程序設定的時(shí)間產(chǎn)生中斷，這就是軟件定時(shí)器。系統采用軟件定時(shí)器中斷，以定時(shí)器1作為時(shí)間基準，對HSO寄存器進(jìn)行設置，同時(shí)對外圍芯片及觸摸屏顯示器進(jìn)行初始化。其程序流程圖如圖10所示。

3.2 中斷服務(wù)模塊

系統中利用一個(gè)軟件定時(shí)器來(lái)產(chǎn)生定時(shí)中斷，它決定了模糊控制算法的采樣速率。圖11是軟件定時(shí)器中斷服務(wù)程序的流程圖，該程序是控制系統的核心軟件，完成A/D采樣、濾波、數據處理、越限報警等任務(wù)，同時(shí)確定操作方式(手動(dòng)或自動(dòng))，根據要求調用相應的控制算法，通過(guò)算法獲得所要求的控制電壓去驅動(dòng)三相可控硅觸發(fā)，最后返回主程序。各功能由相應的功能模塊來(lái)完成。

本課題為遼寧省阜新市阜煤集團熱處理分廠(chǎng)的多個(gè)溫控爐改造項目中的一部分。將本控制系統安裝在滲碳爐上，在各種工況下對試件進(jìn)行滲碳，通過(guò)滲碳結果分析，表明完全滿(mǎn)足改造要求：(1)溫控系統改造后，工作最高溫度950℃，爐溫均勻性≤±3℃，控溫精度≤±1.5℃。(2)加裝滲碳部分的自動(dòng)控制系統，碳勢控制精度≤±0.05%。(3)加熱器換新，爐襯修復等。