機電一體化的馬弗爐溫度控制器設計

　　機電一體化的馬弗爐溫度控制器設計

　　【摘 要】機電一體化技術(shù)是指在系統層面綜合利用機械技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計算機技術(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(guò)合理配置與布局實(shí)現目標功能優(yōu)化組織結構的技術(shù)。

　　而馬弗爐是高性能機電一體化中的智能產(chǎn)品，在冶金行業(yè)中有著(zhù)廣泛的應用。

　　本文就如何利用機電一體化技術(shù)實(shí)現馬弗爐的溫度控制進(jìn)行了討論和分析。

　　【關(guān)鍵字】機電一體化;馬弗爐;溫度控制

　　引言

　　在工業(yè)控制中應用機電一體化技術(shù)有如下幾方面意義：(1)面對現行的機械技術(shù)必須進(jìn)行性能改善、質(zhì)量減輕和精度提高的情況，必須使用機電一體化技術(shù)實(shí)現控制的快速響應，減小能耗，優(yōu)化運行性能;(2)機電一體化技術(shù)能夠實(shí)現純機械技術(shù)手段所無(wú)法達到的工作目的和控制精度;

　　(3)微電子技術(shù)中的大規模集成電路、微型處理器等裝置可以幫助提高對產(chǎn)品的控制力;(4)計算機技術(shù)等的應用可以改進(jìn)設備的自動(dòng)化程度，簡(jiǎn)化操作機構和操作流程;(5)軟件技術(shù)可以使機械工作實(shí)現程序化，提升其工作靈敏度，實(shí)現設備的多功能化。

　　(6)機電一體化技術(shù)還具有其他多種復合功能，利用這些功能能夠實(shí)現產(chǎn)品和系統的自動(dòng)檢測與控制，以及實(shí)現智能分析等功能，進(jìn)而實(shí)現產(chǎn)品制造的智能化。

　　馬弗爐又稱(chēng)為箱式電阻爐，是一種通用加熱設備，被廣泛應用于冶金、機械、建材、化工等行業(yè)。

　　當前的冶金工業(yè)對自動(dòng)化、智能化程度的要求越來(lái)越高，本文就目前情況下的冶金工業(yè)現狀對傳統馬弗爐進(jìn)行改進(jìn)，利用機電一體化技術(shù)實(shí)現了馬弗爐的溫度控制功能。

　　1　系統控制要求

　　本馬弗爐的機電一體化控制希望通過(guò)電子器件的控制實(shí)現慢灰、快灰、揮發(fā)分和通用四個(gè)功能，要求選擇相應的功能按鍵可以實(shí)現相應的功能并對應的指示燈變亮。

　　該系統當進(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(guò)復位或者重新上電進(jìn)行重新初始化才能進(jìn)行新的功能選擇。

　　由于每個(gè)功能的每個(gè)階段需要達到的溫度和時(shí)間都不相同，如慢灰功能要求溫度從室溫升到500℃所需時(shí)間不低于30min，在500℃恒溫30min，再從500℃升至815℃，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(shí)間以達到要求，還限制了操作人員進(jìn)行其他工作。

　　此時(shí)機電一體化技術(shù)的控制性能優(yōu)勢就體現出來(lái)了。

　　2　系統工作原理設計

　　實(shí)際使用中需要馬弗爐實(shí)現在規定時(shí)間內進(jìn)行加熱或者保溫等功能，如果利用機電一體化技術(shù)實(shí)現該功能可以保證溫度控制的準確性和靈敏性，還能節省一定的人力成本。

　　本系統硬件由以下幾部分電路組成：AT89C52單片機、溫度檢測和控制電路、溫度-電壓轉換電路、顯示及報警電路、時(shí)鐘電路、鍵盤(pán)電路等，如圖1所示：

　　圖1　馬弗爐溫度控制系統硬件實(shí)現框圖

　　本系統利用K型熱電偶構成的溫度檢測電路能夠將馬弗爐的溫度通過(guò)高精度的集成芯片MAX6675轉換為相應的電壓信號，實(shí)現信號數字化，然后將數字信號與單片機的I/O接口直接進(jìn)行對接，這種數據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。

　　在單片機接收到輸入信號后，按程序對信號進(jìn)行數據處理，然后將結果顯示在液晶屏上并判斷溫度是否達到要求，確定是否進(jìn)行報警。

　　而鍵盤(pán)電路的主要作用是，根據實(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(guò)單片機將信號傳輸到馬弗爐溫度控制電路中，在規定時(shí)間內完成規定操作。

　　利用該方法，還可以實(shí)現實(shí)際溫度與設定溫度的比較，通過(guò)軟件控制算法進(jìn)行控制量計算，進(jìn)而控制固態(tài)繼電器的導通與切斷，達到溫度調節的目的。

　　3　溫度控制電路設計

　　本系統中的溫度控制模塊主要由兩片CD4527，一片74LS221和一片MC1413相互連接構成。

　　鑒于過(guò)零固態(tài)繼電器具有光電隔離功能，故可以將其直接與數字電路進(jìn)行對接。

　　本系統采用Z型SSR實(shí)現功率的控制。

　　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可控硅移相式調壓調節方式低，可以減少電磁污染。

　　Z型SSR中還加入了過(guò)零控制電路。

　　該電路是指，當加入控制信號，交流電壓過(guò)零時(shí)，SSR表現為通路;當斷開(kāi)控制信號后，直到等待交流電出現正半軸與負半周的交界，也就是出現零電位時(shí)，SSR表現為斷態(tài)。

　　這種設計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RC串聯(lián)構成的吸收電路的引入還可以防止從電源中傳來(lái)的尖峰、浪涌電壓對開(kāi)關(guān)器件雙向可控硅管的沖擊和干擾。

　　根據Z型SSR的工作原理可以知道，當Z型SSR在1s內全導通時(shí)，其觸發(fā)頻率為100Hz，輸出交流電壓波頭數為100;當Z型SSR在1s內全關(guān)斷時(shí)，其觸發(fā)頻率為0Hz，輸出交流電壓波頭數為0。

　　利用該系統使用的控制算法獲得1s內出現的波頭數，然后將波頭數的十位和個(gè)位分別傳遞給P2口的高4位和低4位，也就是利用CD4527的BCD輸入數來(lái)控制電路的交流輸出，利用輸出波形控制Z型SSR的開(kāi)與斷，最終實(shí)現改變馬弗爐的輸入功率的目的，使馬弗爐溫度達到預設值。

　　部分程序代碼如下：

　　4總結

　　鑒于機電一體化在控制方面具有很強的優(yōu)勢，如不需要過(guò)多的人力成本，控制的準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和溫度傳感器的機電一體化控制方案，實(shí)現了對馬弗爐溫度的自動(dòng)化、智能化控制。

　　該方案以單片機為核心，具有很多功能擴展模塊，結構簡(jiǎn)單，操作方便，功能齊全，具有良好的應用前景。

　　參考文獻：

　　[1]于軍，李坤.基于STC12C5A6OS2的馬弗爐溫度控制器設計[J].今日電子，2010(6).

　　[2]張葆青，閆石，陳爽.機電一體化技術(shù)的現狀與發(fā)展趨勢[J].機床與液壓，2011，39(24).

　　[3]韓雄南.機電一體化技術(shù)應用發(fā)展的任務(wù)與前景展望[J].云南冶金，2011，40(5).

　　[4]向鳳琴.基于單片機的馬弗爐溫度控制系統[J].電子測量技術(shù)，2009，32(10).

【機電一體化的馬弗爐溫度控制器設計】相關(guān)文章：

機電一體化心得12-04

機電一體化專(zhuān)業(yè)簡(jiǎn)歷12-11

機電一體化實(shí)習報告08-21

機電一體化實(shí)習報告05-17

機電一體化學(xué)習總結12-09

機電一體化見(jiàn)習報告08-05

機電一體化實(shí)習報告07-16

機電一體化求職信范文 機電一體化專(zhuān)業(yè)求職信11-04

機電一體化專(zhuān)業(yè)實(shí)習總結10-21

機電一體化工作總結10-29