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智能化油加热器控制系统

供稿:GoldenRose 2004/1/12 13:25:00

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摘要:油加热器是电升温有机载体加热设备,广泛应用于化工、塑料、橡胶、医药、建材等行业,本文采用MC68HC908JP32单片机作为系统的控制核心,采用神经元控制方法,调节加热器的电压,达到控制导热油温度的目的,同时检测加热器的电流、电压。该系统控制精度高,可靠性强,现场运行效果良好。
关键词:油加热器,MC68HC908JP32单片机,神经元,PID控制1.概述
  油加热器的供热原理是:以电热升温,采用导热油作传热介质;在闭路循环系统中以低压、高温状态下运行,直接释放热量,从而达到提供热源的目的。将热能输送给用热设备后,再利用强制液相循环方式,即加热→循环→再加热→再循环。
油加热器的用电设备主要是加热炉、循环泵,加热炉内有多组电热管,采用三相Y形接法,每组电热管的供电采用交流接触器或固态继电器控制。
  油加热器的主要控制对象是导热油的温度,必需保证稳定、均匀、柔和加热和高精度的温度控制,并且能在较低的压力下(≤0.45MPa)运行,同时还必需有安全监测和保护装置。2.智能控制系统设计
  根据油加热器的技术要求,选用MC68HC908JP32八位单片机作为控制核心,组成智能控制系统,原理框图见图1所示。MC68HC908JP32运算速度快,指令丰富。并且它带有8路8位A∕D转换器,因而在本系统中不必再扩展A∕D转换器。同时MC68HC908GP32具有32K片内FLASH程序存储器和512B片内RAM,具有在线编程能力和保密功能,因此不必扩展程序存储器。快速8×8乘法指令、快速16/8除法指令及扩展的循环控制功能和BCD指令优化,特别适用于控制应用。



  图1中应用MC68HC908GP32中的8路A∕D转换器可以完成三路温度信号及一路交流电压、三路交流电流信号的采集。扩展一片串行EEPROM 24C02来存储温度曲线、各种控制参数。扩展两片MC14499作为显示接口电路。数码管显示共8位,以显示当前的温度设定值及实测值。采用RS-232C串行接口通信变换电路 MC14507,以完成数据的传输。该器件只需5V单电源供电,靠外接两个电容就可获得正负电平变换输出。当接收数据线上出现起始信号时,输入捕捉寄存器ICAP检测到下降触发沿,将串行通信标志位置位,开始接受数据。对于发送数据的情形,则应设置一个发送缓冲字节单元,然后将发送字节信息置入其中。在每次中断发生时将该字节bit0的内容送到发送线上,其余内容右移一位,上述操作共进行10次(包括一位起始位、8位数据位、一位停止位)即完成一次发送作业。
  键盘共设有16个键,其中0~9数字键用于各种参数的设定;功能键有油泵启动、油泵停止,回车、修改,油泵启动,油泵停止六个键。
  MC68HC908JP32的PB口用于液晶显示器和报警、状态指示电路的控制接口,液晶显示器可同时显示四行,每行可显示20个字符,主要用于参数设定的显示,运行过程中各种状态及测量值的显示。报警及状态指示电路主要用于温度超限及电流不平衡时报警,同时指示交流接触器投入运行的状态。
  信号处理电路包括温度信号放大电路和交流电压信号、电流信号处理电路,温度信号放大电路由恒流源、电桥、斩波稳零集成运算放大器ICL7650等组成,将热电阻Pt100测量的温度信号变换为0~5V的直流信号送入单片机中。交流电压、电流信号变换电路采用LM358组成的精密整流电路,将交流电压、电流信号变换为0~5V的直流信号,送入单片机中。
  输出电路采用光电隔离输出,经功率驱动后,控制固态继电器的导通周波数,达到温度调节的目的。



4.软件设计
  根据系统设计要求,软件设计采用了结构程序模块化设计,其主程序框图如图3所示。软件定时器0中断服务程序如图4所示。


主程序模块: 主要完成系统初始化,参数设定,数据处理等功能。
A/D采样模块: 完成温度及电压、电流的采样,主要在A/D中断服务程序中。
单神经元自适应PID控制模块:主要完成PID函数的计算,各参数的自适应整定,固态继电器通断时间的控制。
程序模块还包括液晶显示模块、数码显示模块、数字滤波、键盘输入模块及通信模块等。5 结论
该控制器用于电加热场合,控制精度高,抗干扰效果好,可靠性强,应用前景广阔。参考文献
1.王顺晃,舒迪前编著,智能控制系统及其应用,机械工业出版社,1995。
2.黄贤武等编著,传感器实际应用电路设计,电子科技大学出版社,1997。
3.张辉等编著,Motorola单片机应用技术,北京航空航天大学出版社,1999。

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