基于MCS-51单片机铝合金热处理中的炉温控制

第36卷第5期2014年1O月山东SHANDONG冶金METALLURGYV0136NO5OCTOBER2014十JJILJL“，经验交流1卞11R111十1基于MCS一51单片机铝合金热处理中的炉温控制王云彪山钢股份济南分公司自动化信息技术公司，山东济南250101摘要使用MCS一51单片机对铝合金热处理过程中炉温温度进行控制，用数字控制代替模拟控制，消除了温度漂移等常规模拟调节器难以克服的缺点，有利于参数整定和变参数调节，便于调整控制方案和实现多种新型控制策略，同时可减少元器件的数目，简化硬件结构，从而提高系统的可靠性。关键词MCS一51单片机；铝合金热处理炉温控制中图分类号TP3681文献标识码B文章编号100446202014050070021前言铝合金铸造过程中，加热炉内的温度控制直接关系到冶炼金属产品质量的好坏，温度控制不好将给企业带来不可弥补的损失。控制系统的设计尽量使设计简单、操作方便、功能齐全、安装维护方便、投资费用低，并且在硬件、软件设计中要统筹考虑，以达到相互配合。MCS一51单片机具有价格低廉、集成度高、处理能力强、可靠性高、系统结构简单等特点，在我国已经得到广泛应用，在智能仪表、工业检测控制、机电一体化等方面取得了显著成果。使用MCS一51单片机对加热炉温度进行调节，煤气量主流量是随加热炉而变化的，它与氧气流量副流量组成单向比值控制，使煤气和氧气保持一定比例，使之能良好燃烧。2炉温控制系统特点炉温控制系统结构如图1所示。巫HL热JI8051H键盘FI炉_1圃图1炉温控制系统结构21系统控制原理工作原理是通过热电偶把加热炉的温度转换为电信号，再经过补偿放大电路把热电偶测温得到的毫伏电压转换为05V标准电压，然后送入AD转换器进行转换，把模拟量转换为单片机可以处理的数字量，经过单片机的控制处理进行温度显示或报警，并和键盘的给定温度进行比较，通过PID调节把控制量通过DA转换后送入电动调节阀，控制调节阀的阀门开度来控制煤气和氧气的供给量，进而控收稿日期20140604作者简介王云彪，男，1986年生，2008年毕业于内蒙古科技大学自动化专业。现为山钢股份济南分公司自动化信息技术公司助理工程师，从事自动化信息技术调试工作。70制加热炉的温度。22硬件电路分析1单片机的选择。8051是MCS一51单芯片的一种，其特点为32条可按位寻址的双向IO线；128个字节的片内数据存储器RAM；两个L6位的递增定时计数器；全双工的通用异步接收发送器；两个优秀级别的五源中断结构；64K字节程序存储器地址空间。MCS一51的内部数据存储器可以划分为4个区域工作寄存器区。MCS一51的内部RAM从O01FH为工作寄存器区，共32个单元，每8个单元为1组，共分4组，每组内各寄存器号分别为ROR7。可通过PSW中的RS1，RSO选择其中的一组工作。位寻址区。内部RAM的202FH为位寻址区，该区内每一位都有一个8位地址，编址为007FH。此外，部分SFR也可按位寻址，但不是所有的SFR都可以，只有其地址能被8整除的SFR才能按位进行寻址。所有这些可寻址位就构成了布尔处理器的存储空间。数据缓冲区。实际上，在分配好工作寄存器组、位标志区以及堆栈区以后，剩下的RAM均可作为数据缓冲器使用。MCS一51的堆栈区原则上可以设置在内部RAM的任意区域，但由于001FH为工作寄存器区，202FH为位寻址区，堆栈可根据具体情况进行设置。特殊功能寄存器。SFR总共21个单元，离散地分布在807FH地址区域内。2温度检测硬件电路。温度检测环节的作用是把加热炉的温度物理量通过温度敏感元件转换成和温度成一定对应关系的电量，再通过补偿放大电路转换成AD转换环节可直接利用的标准化电压信号，温度检测环节是对反馈量进行检测，其精度决定了控制系统的控制精度。3AD转换环节硬件电路。加热炉炉温检测是通过4个分布在炉膛内不同位置的镍铬一铜镍热电偶完成的，热电偶将温度信号转换为热电势，经温度王云彪基于MCS一51单片机铝合金热处理中的炉温控制2014年第5期补偿和放大电路，将温度信号转换成05V的标准信号。此时必须选择一种AD转换器件，将标准模拟信号转换为8051单片机可以处理的数字信号，选用ADC0809转换器。4DA转换环节硬件电路。炉温控制系统的执行器是两个电动调节阀，煤气调节阀和氧气调节阀。而这两个调节阀以AC220V为动力，010VDC为驱动信号。8051单片机的控制输出是8位的数字量信号，所以必须接入两个DA转换器，将数字量转换为模拟量。8051单片机的控制输出为8位数字量信号，电动调节阀需010VDC的信号驱动，所以必须将8位数字量信号转换为010VDC的信号。本设计选用两片DAC0832分别转换煤气和氧气电动调节阀的控制信号。DAC0832是8位DA转换器，与微处理完全兼容，器件采用先进CMOS工艺，功耗低，输出漏电流较小。5电动调节阀的选型。电动调节阀是适用于计算机监控系统中进行流量调节的设备，一般多在无人值守的热力站中采用。电动调节阀由阀体、驱动机构和变送器组成。电动调节阀一般需要单相220V电源，通常作为计算机监控系统的执行机构调节流量。电动调节阀是供热系统中流量调节的最主要设备，其他都是其辅助设备。设计采用密封性较好的电动调节球阀来作为煤气和氧气的流量调节，电动调节球阀接受工业自动化控制OCS、PLC系统仪表来源的电流信号或电压信号的输入输出，实现对工艺管路中流体介质的比例调节或二位开关控制，从而达到对流体介质的流量、压力、温度、液位等参数的自动化控制。23软件设计选择合适的语言编写程序，编写时尽量采用现有的子程序，以提高程序设计速度，然后将各个模块连接成一个完整的程序。3结语采用数字控制代替模拟控制后，能消除温度漂移等常规模拟调节器难以克服的缺点，有利于参数整定和变参数调节，便于通过程序软件的改变方便地调整控制方案和实现多种新型控制策略，同时可减少元器件的数目，简化硬件结构，从而提高系统的可靠性。参考文献1张毅刚，彭喜源，曲春波MCS一51单片机应用技术M哈尔滨哈尔滨工业大学出版社，1997F2侯志林过程控制与自动化仪表M北京机械工业出版社，R1N学会动态2014年钢铁企业设备故障远程诊断技术与无损检测交流会在青岛召开由河北冶金学会联合山东、江苏、山西、湖北、陕西六省金属冶金学会共同举办，冶金信息装备网承办的2014年钢铁企业设备故障远程诊断技术与无损检测交流会于2014年8月2526EL在青岛市召开。会议围绕设备检测、远程诊断技术、探伤设备为主题，就设备状态、设备运行、设备改造、设备维护、故障诊断技术创新等方面的成果、经验开展了研讨与交流。会议邀请北京工业大学高立新教授作了冶金装备状态监测与故障诊断技术的应用与发展主题报告；并邀请国内资深专家、教授和长期从事冶金设备自动化工作的科研及设备管理人员进行了研讨和交流。会议对冶金企业设备安全、稳定、长期优质运行，进一步加强设备检测与远程诊断技术的广泛应用和大力推广，推动学科发展，将产生积极而深远的影响。出席会议的代表110余人，其中16名山东代表参加了会议。会议征集出版交流论文67篇，其中山东金属学会会员单位合计11篇，济钢和莱铜代表分别做了交流发言。袁立宝2014年十一省市金属学会安全环保学术交流会议在太原召开由山西、山东等金属学会联办的2014年十一省市金属学会安全环保学术交流会议2014年9月18日在太原市召开，共有42名代表参加会议。会上共有1O位代表围绕安全环保工作进行了学术交流，山东省莱钢和金岭铁矿代表分别在会议上宣读了论文。会议共征集学术论文181篇，其中山东省冶金企业科技人员撰写I10篇。会议决定下一届十一省市金属学会安全环保学术交流会议由河南省金属学会承办。鞠沾仑第十八届六省市金属学会耐火材料学术交流会在本溪召开由辽宁、山东等6省市金属学会主办，辽宁金属学会承办的2014年六省耐火材