智能化油加热器控制系统

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。