G电炉温度控制器设计.docx

摘要电阻炉是利用电流使炉内的电热元件或者电热介质发热从而达到对物料或者工件加热的一种电炉,其温度是一个具有时变性、非线性、纯滞后和大惯性的被控量,随着工业的发展,各行各业对于温度控制的要求越来越高,传统的模拟开关控制已经达不到要求。低精度、低稳定性、自动化水平低的产品也将逐渐被淘汰。温度是最基本的物理量之一。近年来,随着科学技术的飞速发展,工业生产对产品的性能提出了更高的要求,而热处理是提高产品性能的一个关键环节, 所以研究电阻炉的温度测量与控制具有很大的现实意义和使用价值。本文设计了一种基于 51单片机的电阻炉智能温度控制器。该控制器硬件电路采用 51单片机、K型热电偶模数转换器 MAX6675 以及固态继电器等主要元器件,软件编程采用 C语言,编译工具是 Keil uVision4 ARM 系统软件编译器, 能够实现 0~ ℃的测量显示以及控制调节。在本设计中,采用 K型热电偶作为感温元件,检测电阻炉的温度并输出毫伏级的模拟电压信号,将该信号送给 K型热电偶模数转换器 MAX6675 进行冷端温度补偿、放大、线性化、数字化处理,得到电阻炉温度的数字化形式,送入 51单片机中进行分析处理,在控制执行电路中采用 0906HK 型号的固态继电器 SSR ,以过零触发的方式控制电阻炉主回路的导通或者断开,实现对电阻炉温度的控制调节。由于本设计采用高集成高性能的数字型测温调理元件 MAX6675 ,其内部集成的针对 K型热电偶测量信号的放大电路、冷端温度补偿电路、线性化电路和数字化电路,使得控制系统的测温电路设计简单而且测量准确、性能稳定、抗干扰能力强,并且控制执行电路的执行元件采用固态继电器能够无触点、无火花的接通和断开加热电路,开关速度快, 提高了控制的性能和精度。关键词: 电阻炉; 51 单片机; 温度控制器; SSR 固态继电器;K 型热电偶引言电阻炉是利用电流使炉内电热元件或者加热介质升温发热,从而对炉腔内的工件或者物料加热的一种电炉,它被广泛的应用于工业生产的各个领域和高校的教学实验中。例如,在***生产中电阻炉用于锻压前金属加热、金属热处理加热,在化工工业生产中电阻炉用于化学物料的加热,钢铁冶金和食品加工行业也需要各种各样的加热电炉进行加热处理,在高校实验室中有专门的实验室电阻炉以满足试验的需求。电阻炉具有结构简单、加热质量好、无烟无尘、无噪声干扰的特点,因而电阻炉在现代的工业生产领域中具有举足轻重的作用。与电阻炉的应用和发展紧紧相连的实电阻炉温度的控制,电阻炉温度控制决定着电阻炉所起的作用,电阻炉的使用需要配以与其相适应的温度控制器,只有满足要求的电阻炉温度控制器才能使电阻炉实现合理加热的目的。温度是国际单位制中最重要的七个基本物理量之一,是生产过程和科学试验确定物质状态的一个普遍而重要的物理参数,温度参数的测量与控制在国防、军事、科学实验和工农业生产中都具有举足轻重的作用。温度参数的测控技术与产品质量、生产效率、生产安全、节约能源等重大经济技术指标密切相连。因此, 各个领域对温度测量控制的精度、可靠性、稳定性等性能提出了更高的要求,能不能将温度控制在所需要的范围内关系到整个项目的成功与失败。然而随着工业的发展以及各行各业对于温度控制越来越高的要求,传统的人工控制和模拟开关控制已经达不到要求,低精度、低稳定性、自动化水平低的产品也将逐渐被淘汰。基于以上情况,本文以 8位的 51单片机为控制核心,研制一种电阻炉温度控制器。该设计在热电偶温度测量调理电路中采用高集成的数字化芯片 STC89C52 , 能将 K 型热电偶测量输出的微弱电压信号做冷端补偿、放大、线性化及数字化处理,直接输出可以供单片机处理的数字信号;在控制执行电路中采用固态继电器作为执行元件,可以快速的实现无触点无火花的接通或断开加热电路;在软件设计中,通过过零触发的方式控制固态继电器的通断,进而控制电阻炉回路在一个确定周期内通过的电压波形的周波数,实现 PWM 调功,达到调节电阻炉温度的目的。一、系统方案设计及可行性分析 1、从电阻炉温度控制器的发展历程来看,电阻炉温度控制技术大致可分以下几种: 第一种定值开关控温法,所谓定值开关控温法就是通过硬件电路或者软件计算判断当前温度值与设定目标温度值之间的关系,进而对电阻炉加热源(或者冷却装置)采取接通或者断开控制。如果当前温度值比预期设定温度值高,那么断开电阻炉加热电源,或者开启制冷装置;如果当前温度值比预期设定温度值低, 那么开启电阻炉加热电源并同时断开制冷装置。这是一种比较简单的开关控温方法,在没有计算机设备的情况下,采用简单的模拟电路就可以实现。目前,在我国一些工厂中仍然在使用采用这种控制方法研制的电阻炉温度控制器。由于这种控制方法是当电阻炉温度上升至预期设定值时关断电源,当电阻炉温度下降