智能化油加熱器控制系統

摘要：油加熱器是電升溫有機載體加熱設備，廣泛應用于化工、塑料、橡膠、醫(yī)藥、建材等行業(yè)，本文采用MC68HC908JP32單片機作為系統的控制核心，采用神經元控制方法，調節(jié)加熱器的電壓，達到控制導熱油溫度的目的，同時檢測加熱器的電流、電壓。該系統控制精度高，可靠性強，現場運行效果良好。 關鍵詞：油加熱器，MC68HC908JP32單片機，神經元，PID控制 1.概述 　　油加熱器的供熱原理是：以電熱升溫，采用導熱油作傳熱介質；在閉路循環(huán)系統中以低壓、高溫狀態(tài)下運行，直接釋放熱量，從而達到提供熱源的目的。將熱能輸送給用熱設備后，再利用強制液相循環(huán)方式，即加熱→循環(huán)→再加熱→再循環(huán)。 油加熱器的用電設備主要是加熱爐、循環(huán)泵，加熱爐內有多組電熱管，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象是導熱油的溫度，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）運行，同時還必需有安全監(jiān)測和保護裝置。 2.智能控制系統設計 　　根據油加熱器的技術要求，選用MC68HC908JP32八位單片機作為控制核心，組成智能控制系統，原理框圖見圖1所示。MC68HC908JP32運算速度快，指令豐富。并且它帶有8路8位A∕D轉換器，因而在本系統中不必再擴展A∕D轉換器。同時MC68HC908GP32具有32K片內FLASH程序存儲器和512B片內RAM，具有在線編程能力和保密功能，因此不必擴展程序存儲器?？焖?×8乘法指令、快速16/8除法指令及擴展的循環(huán)控制功能和BCD指令優(yōu)化，特別適用于控制應用。 　　圖1中應用MC68HC908GP32中的8路A∕D轉換器可以完成三路溫度信號及一路交流電壓、三路交流電流信號的采集。擴展一片串行EEPROM 24C02來存儲溫度曲線、各種控制參數。擴展兩片MC14499作為顯示接口電路。數碼管顯示共8位，以顯示當前的溫度設定值及實測值。采用RS-232C串行接口通信變換電路 MC14507，以完成數據的傳輸。該器件只需5V單電源供電，靠外接兩個電容就可獲得正負電平變換輸出。當接收數據線上出現起始信號時，輸入捕捉寄存器ICAP檢測到下降觸發(fā)沿，將串行通信標志位置位，開始接受數據。對于發(fā)送數據的情形，則應設置一個發(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)生時將該字節(jié)bit0的內容送到發(fā)送線上，其余內容右移一位，上述操作共進行10次（包括一位起始位、8位數據位、一位停止位）即完成一次發(fā)送作業(yè)。 　　鍵盤共設有16個鍵，其中0～9數字鍵用于各種參數的設定；功能鍵有油泵啟動、油泵停止，回車、修改，油泵啟動，油泵停止六個鍵。 　　MC68HC908JP32的PB口用于液晶顯示器和報警、狀態(tài)指示電路的控制接口，液晶顯示器可同時顯示四行，每行可顯示20個字符，主要用于參數設定的顯示，運行過程中各種狀態(tài)及測量值的顯示。報警及狀態(tài)指示電路主要用于溫度超限及電流不平衡時報警，同時指示交流接觸器投入運行的狀態(tài)。 　　信號處理電路包括溫度信號放大電路和交流電壓信號、電流信號處理電路，溫度信號放大電路由恒流源、電橋、斬波穩(wěn)零集成運算放大器ICL7650等組成，將熱電阻Pt100測量的溫度信號變換為0～5V的直流信號送入單片機中。交流電壓、電流信號變換電路采用LM358組成的精密整流電路，將交流電壓、電流信號變換為0～5V的直流信號，送入單片機中。 　　輸出電路采用光電隔離輸出，經功率驅動后，控制固態(tài)繼電器的導通周波數，達到溫度調節(jié)的目的。 4.軟件設計 　　根據系統設計要求，軟件設計采用了結構程序模塊化設計，其主程序框圖如圖3所示。軟件定時器0中斷服務程序如圖4所示。 主程序模塊: 主要完成系統初始化，參數設定，數據處理等功能。 A/D采樣模塊: 完成溫度及電壓、電流的采樣，主要在A/D中斷服務程序中。 單神經元自適應PID控制模塊：主要完成PID函數的計算，各參數的自適應整定，固態(tài)繼電器通斷時間的控制。 程序模塊還包括液晶顯示模塊、數碼顯示模塊、數字濾波、鍵盤輸入模塊及通信模塊等。 5 結論 該控制器用于電加熱場合，控制精度高，抗干擾效果好，可靠性強，應用前景廣闊。 參考文獻 1．王順晃，舒迪前編著，智能控制系統及其應用，機械工業(yè)出版社，1995。 2．黃賢武等編著，傳感器實際應用電路設計，電子科技大學出版社，1997。 3．張輝等編著，Motorola單片機應用技術，北京航空航天大學出版社，1999。