鹽爐溫控柜的設計與實現
[導讀]研制鹽爐溫控柜實現鹽爐的自動化控制，使老產品通過改造達到目前同行業(yè)的先進水平，是鹽爐控制柜設計總的目標和要求。
引言
表面處理是機械加工、儀器儀表生產、電子產品制造等多種行業(yè)中非常重要的一個環(huán)節(jié)，它不僅使生產的產品美觀、好看，而且更重要是可以起到對產品的防腐、防銹、防侵蝕等保護作用。因此表面處理的好與壞，直接影響到產品可靠性和使用壽命。我廠用于表面處理的鹽爐是80年代初的產品，只能靠手動進行調節(jié)控制，且溫度顯示不直觀，控制過程緩慢，生產出來的產品質量達不到當前相應要求。研制鹽爐溫控柜實現鹽爐的自動化控制，使老產品通過改造達到目前同行業(yè)的先進水平，是鹽爐控制柜設計總的目標和要求。
技術性能及要求
分別控制鹽爐的化爐和升溫過程。變壓器觸點固定，在化爐過程中采用逐漸提高電流的方法控制化爐的時間。設計、測量、顯示溫度范圍：400℃_1200℃；溫度控制精度：±5℃；測量誤差：3℃；熱電偶：鎳鉻—鎳鋁(硅)熱電偶；功率：380V/3相，165KW(每相電流250A)。具有設定溫度及測量溫度顯示功能，具有工作電壓及工作電流顯示功能。數碼管顯示設定溫度和測量溫度，電壓表和電流表顯示工作電壓和工作電流。具有緊急斷電、漏電保護、過流保護等安全措施。
總體設計方案及系統組成
圖1 鹽爐溫控柜原理方框圖
鹽爐溫控柜原理方框圖如圖1所示，主要包括以下幾個部分：
1、溫度調節(jié)部分：溫度調節(jié)由溫度調節(jié)儀(溫度檢測及控制電路)完成，鹽爐的溫度信號由熱電偶輸入到溫度調節(jié)儀，溫度調節(jié)儀對輸入的溫度信號進行采樣及模數轉換，顯示測量結果并與設定溫度比較，輸出溫度控制信號。
2、化爐控制部分：主要由電位器組成，通過調整電位器改變化爐手控電壓值控制脈沖產生的時間，進而控制固態(tài)繼電器的導通，以達到控制化爐電流的目的。
3、脈沖產生及延時電路部分：由變壓器、整流器、運算放大器、定時器等組成電路，產生與50Hz交流電同步的觸發(fā)信號，控制固態(tài)繼電器的導通。觸發(fā)信號產生的時間受溫度調節(jié)儀和化爐信號的控制。
4、主控部分：包括控制按鈕、空氣開關、電磁繼電器、固態(tài)繼電器、保險絲、變壓器及電流電壓顯示，其中控制按鈕具有啟動、緊急斷電等功能，保險絲起到過流保護等功能。
具體電路設計
溫度檢測及控制電路
溫度檢測及控制電路原理框圖如圖2所示，它主要由熱電耦、放大調整、A/D變換及接口、8031單片機系統和驅動電路組成。其工作過程是，根據表面處理對鹽爐的溫度要求通過鍵盤對控制過程進行設定之后，單片機系統首先對六路鎳鉻—鎳鋁熱電偶對爐內溫度進行檢測，并對檢測到的數據進行相應的處理，最后單片機根據檢測結果與設計值的差值大小輸出控制信號，此信號經驅動電路輸出，送給固態(tài)繼電器控制電路，并通過繼電器電路控制鹽爐加熱電壓、電流的大小和時間來對鹽爐的溫度進行控制。
圖2 溫度檢測及控制電路方框圖
固態(tài)繼電器控制電路
固態(tài)繼電器控制電路如圖3所示，主要由檢零電路、鋸齒波形成電路和脈沖形成電路組成。固態(tài)繼電器控制電路的作用是將溫度調節(jié)儀輸出信號或化爐手控信號轉換成控制脈沖，通過固態(tài)繼電器控制三相交流電的導通時間，完成對輸入功率的控制。其工作過程是檢零電路對50Hz、220V電源相位進行檢測，產生與電源相位相一致的鋸齒波，此鋸齒波在同步脈沖形成電路中與來自溫控儀的直流信號進行比較，當鋸齒波電壓小于直流控制電壓時，同步脈沖形成電路輸出正脈沖，使固態(tài)繼電器導通，電源給負載供電。
圖3 固態(tài)繼電器控制模塊方框圖
直流控制電壓變化將控制同步脈沖的寬度，寬度大則導通時間長，從而控制加到鹽爐輸入功率的大小。
其它電路
其它電路主要由電流開關、交流接觸器、數碼顯示工作狀態(tài)指示電路等組成。
軟件設計
* 輸入參數：設定溫度、保溫溫度、報警溫度、保溫時間。
* 自動記錄保溫溫度的開始時間，并在保溫時間結束時，發(fā)出報警信號。
* 完成數據的采集(應可同時完成多個對象的數據采集)，并根據采集到的數據進行顯示，及輸出相應對象的控制信號。
* 當任務結束時，可打印出測量溫度及相應時間(每5分鐘保存一次)，表示溫度和時間關系的曲線。
軟件流程如圖4所示。
圖4 軟件流程圖
結語
鹽爐溫控柜的研制成功和使用，使原來的鹽爐增加了自動控制功能，且操作簡單，可靠性高。目前此產品已應用于不同車間3臺鹽爐，產品達到了設計指標要求。
參考文獻：
1. 張是勉等，《自動檢測》，科學出版社
2. 劉惠彬等，《測試技術》，北京航天航空大學出版社
3. 王廣雄，《自動控制系統設計》，宇航出版社
4. 《MCS-51、96原理及應用》，北京航空航天大學出版社
5. 李行善，《計算機測試與控制》，北京航空航天大學出版社
表面處理是機械加工、儀器儀表生產、電子產品制造等多種行業(yè)中非常重要的一個環(huán)節(jié)，它不僅使生產的產品美觀、好看，而且更重要是可以起到對產品的防腐、防銹、防侵蝕等保護作用。因此表面處理的好與壞，直接影響到產品可靠性和使用壽命。我廠用于表面處理的鹽爐是80年代初的產品，只能靠手動進行調節(jié)控制，且溫度顯示不直觀，控制過程緩慢，生產出來的產品質量達不到當前相應要求。研制鹽爐溫控柜實現鹽爐的自動化控制，使老產品通過改造達到目前同行業(yè)的先進水平，是鹽爐控制柜設計總的目標和要求。
技術性能及要求
分別控制鹽爐的化爐和升溫過程。變壓器觸點固定，在化爐過程中采用逐漸提高電流的方法控制化爐的時間。設計、測量、顯示溫度范圍：400℃_1200℃；溫度控制精度：±5℃；測量誤差：3℃；熱電偶：鎳鉻—鎳鋁(硅)熱電偶；功率：380V/3相，165KW(每相電流250A)。具有設定溫度及測量溫度顯示功能，具有工作電壓及工作電流顯示功能。數碼管顯示設定溫度和測量溫度，電壓表和電流表顯示工作電壓和工作電流。具有緊急斷電、漏電保護、過流保護等安全措施。
總體設計方案及系統組成
圖1 鹽爐溫控柜原理方框圖
鹽爐溫控柜原理方框圖如圖1所示，主要包括以下幾個部分：
1、溫度調節(jié)部分：溫度調節(jié)由溫度調節(jié)儀(溫度檢測及控制電路)完成，鹽爐的溫度信號由熱電偶輸入到溫度調節(jié)儀，溫度調節(jié)儀對輸入的溫度信號進行采樣及模數轉換，顯示測量結果并與設定溫度比較，輸出溫度控制信號。
2、化爐控制部分：主要由電位器組成，通過調整電位器改變化爐手控電壓值控制脈沖產生的時間，進而控制固態(tài)繼電器的導通，以達到控制化爐電流的目的。
3、脈沖產生及延時電路部分：由變壓器、整流器、運算放大器、定時器等組成電路，產生與50Hz交流電同步的觸發(fā)信號，控制固態(tài)繼電器的導通。觸發(fā)信號產生的時間受溫度調節(jié)儀和化爐信號的控制。
4、主控部分：包括控制按鈕、空氣開關、電磁繼電器、固態(tài)繼電器、保險絲、變壓器及電流電壓顯示，其中控制按鈕具有啟動、緊急斷電等功能，保險絲起到過流保護等功能。
具體電路設計
溫度檢測及控制電路
溫度檢測及控制電路原理框圖如圖2所示，它主要由熱電耦、放大調整、A/D變換及接口、8031單片機系統和驅動電路組成。其工作過程是，根據表面處理對鹽爐的溫度要求通過鍵盤對控制過程進行設定之后，單片機系統首先對六路鎳鉻—鎳鋁熱電偶對爐內溫度進行檢測，并對檢測到的數據進行相應的處理，最后單片機根據檢測結果與設計值的差值大小輸出控制信號，此信號經驅動電路輸出，送給固態(tài)繼電器控制電路，并通過繼電器電路控制鹽爐加熱電壓、電流的大小和時間來對鹽爐的溫度進行控制。
圖2 溫度檢測及控制電路方框圖
固態(tài)繼電器控制電路
固態(tài)繼電器控制電路如圖3所示，主要由檢零電路、鋸齒波形成電路和脈沖形成電路組成。固態(tài)繼電器控制電路的作用是將溫度調節(jié)儀輸出信號或化爐手控信號轉換成控制脈沖，通過固態(tài)繼電器控制三相交流電的導通時間，完成對輸入功率的控制。其工作過程是檢零電路對50Hz、220V電源相位進行檢測，產生與電源相位相一致的鋸齒波，此鋸齒波在同步脈沖形成電路中與來自溫控儀的直流信號進行比較，當鋸齒波電壓小于直流控制電壓時，同步脈沖形成電路輸出正脈沖，使固態(tài)繼電器導通，電源給負載供電。
圖3 固態(tài)繼電器控制模塊方框圖
直流控制電壓變化將控制同步脈沖的寬度，寬度大則導通時間長，從而控制加到鹽爐輸入功率的大小。
其它電路
其它電路主要由電流開關、交流接觸器、數碼顯示工作狀態(tài)指示電路等組成。
軟件設計
* 輸入參數：設定溫度、保溫溫度、報警溫度、保溫時間。
* 自動記錄保溫溫度的開始時間，并在保溫時間結束時，發(fā)出報警信號。
* 完成數據的采集(應可同時完成多個對象的數據采集)，并根據采集到的數據進行顯示，及輸出相應對象的控制信號。
* 當任務結束時，可打印出測量溫度及相應時間(每5分鐘保存一次)，表示溫度和時間關系的曲線。
軟件流程如圖4所示。
圖4 軟件流程圖
結語
鹽爐溫控柜的研制成功和使用，使原來的鹽爐增加了自動控制功能，且操作簡單，可靠性高。目前此產品已應用于不同車間3臺鹽爐，產品達到了設計指標要求。
參考文獻：
1. 張是勉等，《自動檢測》，科學出版社
2. 劉惠彬等，《測試技術》，北京航天航空大學出版社
3. 王廣雄，《自動控制系統設計》，宇航出版社
4. 《MCS-51、96原理及應用》，北京航空航天大學出版社
5. 李行善，《計算機測試與控制》，北京航空航天大學出版社
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