电加热炉温度单片机控制系统的研制

　电气传动　2000年　第3期　

电加热炉温度单片机控制系统的研制

五邑大学　　梁新荣上海交通大学　　吴智铭

　　摘要:以单片机为核心,采用温度变送器桥路和固态继电器控温电路,实现对电炉温度的自动控制。该控制系统具有硬件成本低、控温精度较高、可靠性好、抗干扰能力强等特点。

关键词:电加热炉　控温　固态继电器

TheDevelopmentofaSingle-chipComputerSystemforControllingTemperatureofanElectricHeatingFurnace

LiangXinrong　WuZhiming

Abstract:Automatictemperaturecontroloftheelectricfurnaceisrealizedbyatemperatureconversionbridgecircuitandatemperaturecontrolcircuitofsolidstaterelayonthebasisofthesingle-chipcomputer.Thiscontrolsystemhassuchadvantagesaslowcost,highcontrolaccuracy,goodreliabilityandgoodresistancetointerference.

Keywords:electricheatingfurnace　temperaturecontrol　solidstaterelay

　　传统的以普通双向晶闸管(SCR)控制的高温

电加热炉采用移相触发电路改变晶闸管导通角的大小来调节输出功率,达到自动控制电炉温度的目的。这种移相方式输出一种非正弦波,实践表明这种控制方式产生相当大的中频干扰,并通过电网传输,给电力系统造成“公害”。采用固态继电器控温电路,通过单片机控制固态继电器,其波形为完整的正弦波,是一种稳定、可靠、较先进的控制方法。为了降低成本和保证较高的控温精度,采用普通的ADC0809芯片和具有零点迁移、冷端补偿功能的温度变送器桥路,使实际测温范围缩小。为了在工业现场应用中具有较强的抗干扰能力,采取了一系列抗干扰措施。

算放大器7650放大到0～5V,再经有源低通滤

波器滤波后,由A/D转换成数字量。此数字量经数字滤波、标度变换后,一方面通过LED将炉温显示出来;另一方面,将该温度值与被控温度值进行比较,根据其偏差值的大小,采用比例微分控制,通过固态继电器控温电路控制电炉丝的导通时间,就可以控制电炉丝的加热功率大小,从而控制电炉的温度,

使其逐渐趋于给定值且达到平衡。

图1　电加热炉温度控制系统的硬件结构框图

1　电加热炉温度控制系统的硬件设

计

　　电加热炉温度控制系统的硬件由图1所示各部分组成。它以MCS-51单片机为核心,外扩键盘输入和LED显示温度。电加热炉炉内的实际温度由热电偶测量并转换成毫伏级的电压信号,通过温度变送器桥路实现零点迁移和冷端补偿,经运1.1　热电偶的选取

热电偶是测量传感器,对它的选择将直接影响检测误差大小。目前多选用K型(镍铬—镍硅)或S型(铂铑—铂)热电偶。两者相比,K型有较好的温度—热电势的线性度,但它不适宜于长时间在高温区使用;S型有高的精度,但温度—热电势的线性度较差。1.2　A/D转换器

电气传动　2000年　第3期　

图1中A/D转换芯片采用ADC0809,其转换精度是1/256。若电炉工作温度是1000℃,这样在(0～1000)℃范围A/D的转换精度为1000℃/256=4℃/bit,即一个数字量表示4℃,这显然不能满足高控温精度的要求。为了提高控温精度,我们采用零点迁移的办法,缩小实际测温的范围。将实际测温范围缩小为1/4,这样在(750～1000)℃的范围内,A/D转换精度为(1000～750)℃/256=1℃/bit,可使理论设计精度控制在±1℃。为了保证在750℃时,毫伏放大器输出为0V,则必须在温度变送器桥路中引入零点迁移和冷端补偿电路。

1.3　温度变送器桥路

温度变送器桥路如图2

所示。

(0-20)8=-10mV;当RLN=1008时,零点迁移Uq100=0.5mA×(100-20)8=40mV。

若控温范围为750～1000℃,在此范围内,毫伏放大器输出为0～5V。对ADC0809,为了确保精度,应尽量压缩温度检测范围,750℃时EU-2热电偶输出为30.5mV,1000℃时输出为41.27mV。为了保证在750℃时,毫伏放大器输出为0V,则变送器桥路引入零点迁移Uq应为30.5mV。

1.4　低漂移毫伏放大器

低漂移毫伏放大器如图3所示。

图3　低漂移毫伏放大器电路

A1采用性能优良的斩波稳零运算放大器ICL7650,温漂仅为0.01LV/月。斩波电容C1和C2选用绝缘电阻高的聚脂薄膜电容器,由调零放大器在斩波振荡器和时钟电路控制下轮流为本身的主放大器调零。D1和D2选用低漏流型的硅开

图2　温度变送器桥路

关二极管,起保护ICL7650的作用。A1输出信号经二阶有源低通滤波器滤波,使信噪比S/N提高,此有源低通滤波器的截止频率约1.5Hz。A2的增益为1,A2可选用LA741,A2的输出经A/D转换器转换成数字信号后读入单片机,然后由软件转换成相应的温度显示值。1.5　固态继电器控温电路

通过单片机控制交流固态继电器调节负载的功率而达到调节温度的目的。调功的原理为:设电网连续N个完整的正弦波(周波)为一个控制周期T,则

T=

fg

UO=EX+UCU-ULN

ULN=IRLNUCU=IRCU

　　ULN与EX极性相反,UCU与EX极性相同。

零点迁移　Uq=ULN-UCU=I(RLN-RCU)改变接线端子实现零点迁移的3种情况如下。

(1)W与R并联:零点迁移小。对镍铬—镍硅EU-2热电偶,冷端温度为20℃时,RCU=208,RLN=0～388。当RLN=0时,零点迁移Uq0=0.5mA×(0-20)8=-10mV;当RLN=388时,零点迁移Uq38=0.5mA×(38-20)8=9mV。

(2)W与R串联:零点迁移大。RLN=60～1608。当RLN=608时,零点迁移Uq60=0.5mA×(60-20)8=20mV;当RLN=1608时,零点迁移Uq160=0.5mA×(160-20)8=70mV。

(3)只有W,零点迁移中等,RLN=W=0～1008。当RLN

=0时,零点迁移Uq0=0.5mA×

式中　fg——电网频率,Hz

若在设 …… 此处隐藏：3299字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……