智能化油加熱器控制系統(tǒng)

摘要：油加熱器是電升溫有機(jī)載體加熱設(shè)備，廣泛應(yīng)用于化工、塑料、橡膠、醫(yī)藥、建材等行業(yè)，本文采用MC68HC908JP32單片機(jī)作為系統(tǒng)的控制核心，采用神經(jīng)元控制方法，調(diào)節(jié)加熱器的電壓，達(dá)到控制導(dǎo)熱油溫度的目的，同時(shí)檢測(cè)加熱器的電流、電壓。該系統(tǒng)控制精度高，可靠性強(qiáng)，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行效果良好。 關(guān)鍵詞：油加熱器，MC68HC908JP32單片機(jī)，神經(jīng)元，PID控制 1.概述 　　油加熱器的供熱原理是：以電熱升溫，采用導(dǎo)熱油作傳熱介質(zhì)；在閉路循環(huán)系統(tǒng)中以低壓、高溫狀態(tài)下運(yùn)行，直接釋放熱量，從而達(dá)到提供熱源的目的。將熱能輸送給用熱設(shè)備后，再利用強(qiáng)制液相循環(huán)方式，即加熱→循環(huán)→再加熱→再循環(huán)。 油加熱器的用電設(shè)備主要是加熱爐、循環(huán)泵，加熱爐內(nèi)有多組電熱管，采用三相Y形接法，每組電熱管的供電采用交流接觸器或固態(tài)繼電器控制。 　　油加熱器的主要控制對(duì)象是導(dǎo)熱油的溫度，必需保證穩(wěn)定、均勻、柔和加熱和高精度的溫度控制，并且能在較低的壓力下（≤0.45MPa）運(yùn)行，同時(shí)還必需有安全監(jiān)測(cè)和保護(hù)裝置。 2.智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 　　根據(jù)油加熱器的技術(shù)要求，選用MC68HC908JP32八位單片機(jī)作為控制核心，組成智能控制系統(tǒng)，原理框圖見圖1所示。MC68HC908JP32運(yùn)算速度快，指令豐富。并且它帶有8路8位A∕D轉(zhuǎn)換器，因而在本系統(tǒng)中不必再擴(kuò)展A∕D轉(zhuǎn)換器。同時(shí)MC68HC908GP32具有32K片內(nèi)FLASH程序存儲(chǔ)器和512B片內(nèi)RAM，具有在線編程能力和保密功能，因此不必?cái)U(kuò)展程序存儲(chǔ)器。快速8×8乘法指令、快速16/8除法指令及擴(kuò)展的循環(huán)控制功能和BCD指令優(yōu)化，特別適用于控制應(yīng)用。 　　圖1中應(yīng)用MC68HC908GP32中的8路A∕D轉(zhuǎn)換器可以完成三路溫度信號(hào)及一路交流電壓、三路交流電流信號(hào)的采集。擴(kuò)展一片串行EEPROM 24C02來存儲(chǔ)溫度曲線、各種控制參數(shù)。擴(kuò)展兩片MC14499作為顯示接口電路。數(shù)碼管顯示共8位，以顯示當(dāng)前的溫度設(shè)定值及實(shí)測(cè)值。采用RS-232C串行接口通信變換電路 MC14507，以完成數(shù)據(jù)的傳輸。該器件只需5V單電源供電，靠外接兩個(gè)電容就可獲得正負(fù)電平變換輸出。當(dāng)接收數(shù)據(jù)線上出現(xiàn)起始信號(hào)時(shí)，輸入捕捉寄存器ICAP檢測(cè)到下降觸發(fā)沿，將串行通信標(biāo)志位置位，開始接受數(shù)據(jù)。對(duì)于發(fā)送數(shù)據(jù)的情形，則應(yīng)設(shè)置一個(gè)發(fā)送緩沖字節(jié)單元，然后將發(fā)送字節(jié)信息置入其中。在每次中斷發(fā)生時(shí)將該字節(jié)bit0的內(nèi)容送到發(fā)送線上，其余內(nèi)容右移一位，上述操作共進(jìn)行10次（包括一位起始位、8位數(shù)據(jù)位、一位停止位）即完成一次發(fā)送作業(yè)。 　　鍵盤共設(shè)有16個(gè)鍵，其中0～9數(shù)字鍵用于各種參數(shù)的設(shè)定；功能鍵有油泵啟動(dòng)、油泵停止，回車、修改，油泵啟動(dòng)，油泵停止六個(gè)鍵。 　　MC68HC908JP32的PB口用于液晶顯示器和報(bào)警、狀態(tài)指示電路的控制接口，液晶顯示器可同時(shí)顯示四行，每行可顯示20個(gè)字符，主要用于參數(shù)設(shè)定的顯示，運(yùn)行過程中各種狀態(tài)及測(cè)量值的顯示。報(bào)警及狀態(tài)指示電路主要用于溫度超限及電流不平衡時(shí)報(bào)警，同時(shí)指示交流接觸器投入運(yùn)行的狀態(tài)。 　　信號(hào)處理電路包括溫度信號(hào)放大電路和交流電壓信號(hào)、電流信號(hào)處理電路，溫度信號(hào)放大電路由恒流源、電橋、斬波穩(wěn)零集成運(yùn)算放大器ICL7650等組成，將熱電阻Pt100測(cè)量的溫度信號(hào)變換為0～5V的直流信號(hào)送入單片機(jī)中。交流電壓、電流信號(hào)變換電路采用LM358組成的精密整流電路，將交流電壓、電流信號(hào)變換為0～5V的直流信號(hào)，送入單片機(jī)中。 　　輸出電路采用光電隔離輸出，經(jīng)功率驅(qū)動(dòng)后，控制固態(tài)繼電器的導(dǎo)通周波數(shù)，達(dá)到溫度調(diào)節(jié)的目的。 4.軟件設(shè)計(jì) 　　根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，軟件設(shè)計(jì)采用了結(jié)構(gòu)程序模塊化設(shè)計(jì)，其主程序框圖如圖3所示。軟件定時(shí)器0中斷服務(wù)程序如圖4所示。 主程序模塊: 主要完成系統(tǒng)初始化，參數(shù)設(shè)定，數(shù)據(jù)處理等功能。 A/D采樣模塊: 完成溫度及電壓、電流的采樣，主要在A/D中斷服務(wù)程序中。 單神經(jīng)元自適應(yīng)PID控制模塊：主要完成PID函數(shù)的計(jì)算，各參數(shù)的自適應(yīng)整定，固態(tài)繼電器通斷時(shí)間的控制。 程序模塊還包括液晶顯示模塊、數(shù)碼顯示模塊、數(shù)字濾波、鍵盤輸入模塊及通信模塊等。 5 結(jié)論 該控制器用于電加熱場(chǎng)合，控制精度高，抗干擾效果好，可靠性強(qiáng)，應(yīng)用前景廣闊。 參考文獻(xiàn) 1．王順晃，舒迪前編著，智能控制系統(tǒng)及其應(yīng)用，機(jī)械工業(yè)出版社，1995。 2．黃賢武等編著，傳感器實(shí)際應(yīng)用電路設(shè)計(jì)，電子科技大學(xué)出版社，1997。 3．張輝等編著，Motorola單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)，北京航空航天大學(xué)出版社，1999。