專利名稱：電爐溫度微機(jī)工業(yè)控制技術(shù)教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種計(jì)算機(jī)專業(yè)、自動(dòng)化控制專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器。
背景技術(shù)：
在自動(dòng)化控制專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，涉及電爐溫度微機(jī)工業(yè)控制的實(shí)驗(yàn)儀器只能進(jìn)行模擬的物理量測量(如溫度、壓力)、模擬量轉(zhuǎn)換和一些簡單電器(如顯示器、電機(jī)、打印機(jī))的實(shí)驗(yàn)。由數(shù)字和模擬兩部分組成的計(jì)算機(jī)工業(yè)控制實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器項(xiàng)目還是非常的缺乏。在工業(yè)控制中，最通用項(xiàng)目之一為電爐溫度控制，由于其使用廣泛，所以有許多成熟技術(shù)和儀器、儀表，例如可控硅和PID調(diào)節(jié)技術(shù)。以所述的成熟技術(shù)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)出適合電爐溫度控制的教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀，可以豐富和提高微機(jī)工業(yè)控制技術(shù)的課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容和水平。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型所述電爐溫度微機(jī)工業(yè)控制技術(shù)教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀，可以解決學(xué)生利用數(shù)字和模擬電路，獨(dú)立完成電爐溫度控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，軟件編制以及最后的調(diào)試和觀察爐溫的控制效果的問題。
本實(shí)用新型所述電爐溫度微機(jī)工業(yè)控制技術(shù)教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀的電路包括由單片機(jī)控制器組成的數(shù)字部分，由被控對(duì)象的電爐加熱部件、熱電偶傳感器和放大器組成的模擬部分；所述兩部分按熱電偶傳感器、電壓放大器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)、光驅(qū)動(dòng)電路、可控硅電路和電爐加熱部件的連接順序，通過其中的模/數(shù)轉(zhuǎn)換和雙向可控硅組合成一個(gè)數(shù)字、模擬閉環(huán)混合系統(tǒng)；所述電爐加熱部件通過所述雙向可控硅與交流電源連接，所述單片機(jī)的具有位控功能輸出口連接并控制雙向可控硅的觸發(fā)端；所述單片機(jī)包括接LED顯示器的溫度數(shù)據(jù)輸出端和一個(gè)鍵入設(shè)定值端。
如上所述的電爐溫度微機(jī)工業(yè)控制技術(shù)教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀，其中雙積分模/數(shù)轉(zhuǎn)換器及放大器設(shè)置于儀器箱內(nèi)，由單排插針引出連接信號(hào)，輸入、輸出信號(hào)由控制箱前面板上引出。
如上所述的電爐溫度微機(jī)工業(yè)控制技術(shù)教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀，其中可控硅控制電路包括可控硅控制及交流電過零檢測電路。
如上所述的電爐溫度微機(jī)工業(yè)控制技術(shù)教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀，其中的單片機(jī)、LED顯示器和鍵入設(shè)定值鍵盤共同安裝在一個(gè)綜合實(shí)驗(yàn)板上。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有的教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和積極效果1.彌補(bǔ)了現(xiàn)有計(jì)算機(jī)自動(dòng)化控制專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器中，不具備電爐溫度工業(yè)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的功能。
2.本實(shí)驗(yàn)儀具備電爐溫度控制系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)，具有溫度控制和定時(shí)兩種基本功能，可研究采樣周期對(duì)系統(tǒng)特性的影響，可對(duì)時(shí)間常數(shù)系統(tǒng)PID參數(shù)整定方法進(jìn)行教學(xué)實(shí)驗(yàn)。


圖1是本實(shí)用新型的電路原理框圖；圖2是本實(shí)用新型的電壓運(yùn)放電路原理圖；圖3是本實(shí)用新型的A/D轉(zhuǎn)換電路原理圖；圖4是本實(shí)用新型的控制箱前面板結(jié)構(gòu)圖；圖5是本實(shí)用新型的可控硅電源控制電路圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的電路組成參見圖1。電爐一般采用電阻元件來完成內(nèi)部的加熱，通常采用熱電偶作為溫度檢測器件。熱電偶有多數(shù)類型，如銅-康銅、鎳-鎳鋁等，它們的輸出電壓一般為0～幾十mV。電壓被運(yùn)算放大器放大，將該電壓(模擬量)通過A/D轉(zhuǎn)換，單片機(jī)獲得電爐溫度轉(zhuǎn)換值(數(shù)量)，爐溫值在LED上顯示出來，另一方面當(dāng)采樣周期到達(dá)時(shí)，與設(shè)定值進(jìn)行比較后，再作PID運(yùn)算。按運(yùn)算結(jié)果通過單片機(jī)P3.5去改變控制脈沖的寬度，從而改變可控硅在一個(gè)固定控制周期內(nèi)的導(dǎo)通時(shí)間，即改變了可控硅導(dǎo)通的半周期數(shù)。選擇具有位控功能的輸出口，去控制雙向可控硅的導(dǎo)通時(shí)間，從而改變電爐的平均輸入功率，以此來達(dá)到控制溫度的目的。系統(tǒng)的軟件主要包括主程序、中斷程序、PID運(yùn)算程序和輸出程序等。
該系統(tǒng)可分成數(shù)字和模擬兩部分，通過A/D和雙向可控硅把兩部分組合成一個(gè)數(shù)字、模擬閉環(huán)混合系統(tǒng)。數(shù)字部分是單片機(jī)控制器、模擬部分包括被控對(duì)象電爐、傳感器(熱電偶)、放大器等模擬環(huán)節(jié)。
電爐的電源均采用交流電，使用可控硅來控制電熱功率，對(duì)小電爐(例如300W)采用單相交流電。圖1中模塊1為雙積分A/D轉(zhuǎn)換器MC14433及放大器LM324；模塊2為可控硅控制及交流電過零檢測電路；模塊3為單片機(jī)綜合實(shí)驗(yàn)板。
這3個(gè)模塊組成了電爐溫度控制系統(tǒng)，由系統(tǒng)組成可看出，它體現(xiàn)了工業(yè)控制中硬件和軟件相結(jié)合的發(fā)展方向。它具有溫度控制和定時(shí)兩大功能。用戶可設(shè)定采樣周期及PID控制方式的參數(shù)。在啟動(dòng)后，可按實(shí)際測試溫度和設(shè)定值來控制雙向可控硅的導(dǎo)通角，從而控制電爐的加熱功率，使溫度保持在設(shè)定值。
圖2中的放大器為LM324，其輸入端接熱電偶，并將其輸出的取樣信號(hào)進(jìn)行電壓放大，輸出端Z1接圖2所示的雙積分A/D轉(zhuǎn)換器MC14433的VX端，A/D轉(zhuǎn)換器八位輸出端接單片機(jī)的P1.0至P1.7端。
圖4中，控制箱前面板包括計(jì)算機(jī)P1端接口和P32、P34、P35及電源接口。
圖5為本裝置的可控硅電源控制電路，該電路按控制要求接收來自具有位控功能的輸出口發(fā)出周期為Tc的寬度不相同的方波脈沖，去控制雙向可控硅的導(dǎo)通時(shí)間，從而改變電爐的平均輸入功率。
權(quán)利要求1.一種電爐溫度微機(jī)工業(yè)控制技術(shù)教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀，其特征在于它的電路包括由單片機(jī)控制器組成的數(shù)字部分，由被控對(duì)象的電爐加熱部件、熱電偶傳感器和放大器組成的模擬部分；所述兩部分按熱電偶傳感器、電壓放大器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)、光驅(qū)動(dòng)電路、可控硅電路和電爐加熱部件的連接順序，通過其中的模/數(shù)轉(zhuǎn)換和雙向可控硅組合成一個(gè)數(shù)字、模擬閉環(huán)混合系統(tǒng)；所述電爐加熱部件通過所述雙向可控硅與交流電源連接，所述單片機(jī)的具有位控功能輸出口連接并控制雙向可控硅的觸發(fā)端；所述單片機(jī)包括接LED顯示器的溫度數(shù)據(jù)輸出端和一個(gè)鍵入設(shè)定值端。
2.如權(quán)利要求1所述的電爐溫度微機(jī)工業(yè)控制技術(shù)教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀，其特征在于其中雙積分模/數(shù)轉(zhuǎn)換器及放大器設(shè)置于儀器箱內(nèi)，由單排插針引出連接信號(hào)，輸入、輸出信號(hào)由控制箱前面板上引出。
3.如權(quán)利要求1所述的電爐溫度微機(jī)工業(yè)控制技術(shù)教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀，其特征在于其中可控硅控制電路包括可控硅控制及交流電過零檢測電路。
4.如權(quán)利要求1所述的電爐溫度微機(jī)工業(yè)控制技術(shù)教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀，其特征在于其中的單片機(jī)、LED顯示器和鍵入設(shè)定值鍵盤共同安裝在一個(gè)綜合實(shí)驗(yàn)板上。
專利摘要一種電爐溫度微機(jī)工業(yè)控制技術(shù)教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀。它的電路包括由單片機(jī)控制器組成的數(shù)字部分，由被控對(duì)象的電爐加熱部件、熱電偶傳感器和放大器組成的模擬部分；兩部分按熱電偶傳感器、電壓放大器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)、光驅(qū)動(dòng)電路、可控硅電路和電爐加熱部件的連接順序，通過其中的模/數(shù)轉(zhuǎn)換和雙向可控硅組合成一個(gè)數(shù)字、模擬閉環(huán)混合系統(tǒng)；單片機(jī)包括接LED顯示器的溫度數(shù)據(jù)輸出端和一個(gè)鍵入設(shè)定值端。本實(shí)用新型彌補(bǔ)了現(xiàn)有計(jì)算機(jī)自動(dòng)化控制專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器中，不具備電爐溫度工業(yè)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的功能。具有溫度控制和定時(shí)兩種基本功能，可研究采樣周期對(duì)系統(tǒng)特性的影響，可對(duì)時(shí)間常數(shù)系統(tǒng)PID參數(shù)整定方法進(jìn)行教學(xué)實(shí)驗(yàn)。
文檔編號(hào)G09B25/00GK2681261SQ20042000472
公開日2005年2月23日 申請(qǐng)日期2004年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月26日
發(fā)明者徐晶 申請(qǐng)人:徐晶