2.5 PWM定時(shí)器接口

本設(shè)計(jì)采用PWM脈沖發(fā)送給三相可控硅信號(hào)來控制晶閘管的關(guān)斷，通常是通過輸入通道將溫度傳感器感受到的被控對(duì)象(當(dāng)前溫度)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量并輸入到控制器中，控制器求出輸入的當(dāng)前溫度值與設(shè)定值的偏差，并根據(jù)該偏差進(jìn)行自適應(yīng)的模糊，PID運(yùn)算，最后根據(jù)PID運(yùn)算的結(jié)果，通過功率調(diào)節(jié)電路改變給定周期內(nèi)加熱絲的通電時(shí)間來實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制。用PWM輸出脈沖調(diào)節(jié)功率的實(shí)質(zhì)是利用占空比的調(diào)節(jié)來改變加熱絲的平均功率。功率調(diào)節(jié)電路是控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，要求能根據(jù)

需要對(duì)輸出功率進(jìn)行精確的調(diào)節(jié)，它是系統(tǒng)中最關(guān)鍵的組成部分之一，也常常是故障率最高的部分。

這里選用過零調(diào)壓的方法，因?yàn)檫@樣可以減少諧波干擾。由于PWM的頻率很大、變化周期很短，故選用PWM脈沖頻率為40Hz，占空比為O.8，這樣可增加周期長度，進(jìn)而更加有利于對(duì)溫度變化的控制。

2.6 熱電偶冷端溫度測量

由于熱電偶的冷端溫度隨著環(huán)境溫度的變化而變化，所以需要對(duì)熱電偶的冷端溫度進(jìn)行補(bǔ)償。在有的設(shè)計(jì)中直接在熱電偶測溫電路中用電橋法補(bǔ)償，但需要經(jīng)常校準(zhǔn)，比較麻煩。本文實(shí)時(shí)測量熱電偶的冷端環(huán)境溫度，用軟件的方法進(jìn)行補(bǔ)償。

用MAX876產(chǎn)生IOV精密電壓基準(zhǔn)，輸出誤差為±7mV，配合OP07產(chǎn)生lOmA恒流源，運(yùn)算放大器工作在開環(huán)狀態(tài)，由于同相端和反相端的壓差幾乎為零，運(yùn)算放大器的偏置電流可以忽略不計(jì)，所以產(chǎn)生lOmA的電流通過100Ω的鉑電阻。查鉑熱電阻(Ptl00)的分度表可知，0℃為100Ω，加℃為107.79Ω，大約每升高1℃，熱電阻的阻值增加為0.39Ω，那么熱電阻的電壓變化為0.0039V。而s3c44BOX內(nèi)置10位A/D轉(zhuǎn)換器，基準(zhǔn)電壓為2.5V，分辨率為0.00244V，所以10位A/D轉(zhuǎn)換器能滿足精度要求。具體如圖9所示。

冷端溫度測量的輸出接在S3C44BOX的A/D轉(zhuǎn)換器的AIN0通道上。

2.7 系統(tǒng)時(shí)鐘與復(fù)位電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)CPU外部晶振頻率為8MHz，由于S3C44BOX內(nèi)部有鎖相環(huán)，CPU主頻可幾倍于外部晶振(CPU主頻可通過軟件設(shè)定)。用于系統(tǒng)實(shí)時(shí)時(shí)鐘的備用鋰(Li)電池電源，系統(tǒng)實(shí)時(shí)時(shí)鐘頻率為32.726kHz。

系統(tǒng)內(nèi)部有看門猗電路，可以通過軟件設(shè)定看門狗時(shí)間。但是為了系統(tǒng)的可靠性。設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的硬復(fù)位電路，它通過斯密特74hel4觸發(fā)器復(fù)位。

3 溫度控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

3.1 主控模塊及其功能

主控模塊程序主要由S3C44BOX的初始化程序、定時(shí)器的初始化程序以及一個(gè)循環(huán)控制結(jié)構(gòu)組成。

程序開始執(zhí)行時(shí)，首先設(shè)置堆棧指針，建立一個(gè)軟件堆棧區(qū);由于S3C44BOX的I/O口多為復(fù)用模式，因此需要對(duì)I/O口控制寄存器進(jìn)行設(shè)置，選擇工作方式;程序還需要設(shè)置內(nèi)置看門狗，以保障軟件的可靠運(yùn)行。CPU的高速輸出器HSO用于按程序設(shè)定的時(shí)間產(chǎn)生中斷，這就是軟件定時(shí)器。系統(tǒng)采用軟件定時(shí)器中斷，以定時(shí)器1作為時(shí)間基準(zhǔn)，對(duì)HSO寄存器進(jìn)行設(shè)置，同時(shí)對(duì)外圍芯片及觸摸屏顯示器進(jìn)行初始化。其程序流程圖如圖10所示。

3.2 中斷服務(wù)模塊

系統(tǒng)中利用一個(gè)軟件定時(shí)器來產(chǎn)生定時(shí)中斷，它決定了模糊控制算法的采樣速率。圖11是軟件定時(shí)器中斷服務(wù)程序的流程圖，該程序是控制系統(tǒng)的核心軟件，完成A/D采樣、濾波、數(shù)據(jù)處理、越限報(bào)警等任務(wù)，同時(shí)確定操作方式(手動(dòng)或自動(dòng))，根據(jù)要求調(diào)用相應(yīng)的控制算法，通過算法獲得所要求的控制電壓去驅(qū)動(dòng)三相可控硅觸發(fā)，最后返回主程序。各功能由相應(yīng)的功能模塊來完成。

本課題為遼寧省阜新市阜煤集團(tuán)熱處理分廠的多個(gè)溫控爐改造項(xiàng)目中的一部分。將本控制系統(tǒng)安裝在滲碳爐上，在各種工況下對(duì)試件進(jìn)行滲碳，通過滲碳結(jié)果分析，表明完全滿足改造要求：(1)溫控系統(tǒng)改造后，工作最高溫度950℃，爐溫均勻性≤±3℃，控溫精度≤±1.5℃。(2)加裝滲碳部分的自動(dòng)控制系統(tǒng)，碳勢(shì)控制精度≤±0.05%。(3)加熱器換新，爐襯修復(fù)等。