电渣重炉自动控制系统的设计 [日期：2006-8-21] 来源：电子设计应用 作者：江西理工大学信息工程系 苏远平 余秋明 [字体：单片机来改进电渣重炉控制，利用计算机软件来实现控制要求，使计算机软件取代原来由继电器组成的电渣重炉控制箱。大大提高了电渣重炉自动控制系统。
关键词：AT89S51单片机；电渣重炉；电流偏差

引言
电渣重熔是利用电流通过熔渣时产生的电阻热作为热源进行熔炼的方法。其目的主要是提纯金属，并获得结晶组织均匀致密的钢锭。虽然目前已有比较先进的大型电渣重炉，但这些设备价格高、体积大，只适合于大规模工业生产。而目前大部分小型企业广泛使用的电渣重炉还是基于继电器控制的陈旧设备。这些设备损耗大、故障多、控制精度不高，严重影响了产品的质量。如能对这些设备进行改造，既能提高产品质量，又能节约企业的资金。基于这个目的，本文把原来基于继电器控制的电渣重炉改造成了基于AT89S51单片机的智能控制系统。

图1 控制系统电路框图

图2 控制系统流程图

系统控制原理和方法
根据以往电渣重炉的运行经验，当通过熔渣的电流在2800A时，生产出来的轧辊结晶组织均匀致密、铸态机械性能好，产品质量高。由电渣重炉的工作原理可知，电流的大小由电极和熔渣的接触面积决定，而接触面积由电极的进给速度决定，因此控制电流的大小，实际上是控制电极的进给速度，也就是控制带动电极进给的直流电动机的转速。在实际工作中每一段电极的横截面积的大小是不一样的，为了保证电流的大小不变，电动机的转速必须能根据电极横截面大小而变化。为了控制的精确性，本系统中选择电极电流作为控制对象，通过对电流的闭环控制，来保证电流大小的不变。

在控制过程中首先检测电流的大小，并与给定电流相比较，当给定电流和检测电流的偏差在70A之内时，根据偏差的大小按照一定的算法来输出一个电压，把这个电压作为整流装置触发电路的控制电压，从而通过改变电枢电压的大小来控制电机的转速，进而达到控制电极电流不变的目的。同时考虑到电机在运行过程中有一定的惯性，为了保证电流偏差不超过100A，当检测电流大于给定电流70A时，把触发电路的控制电压变为零，从而切除电枢电压，电机在负载的作用减速运行，检测电流将迅速降低；当给定电流大于检测电流70A时，输出最大的触发电路控制电压，使电机全压运行，电极电流将快速上升回2800A。当偏差电流在- 70A~+70A内时，系统有很好的控制线性度。

控制电路
本控制电路主要由AT89S51单片机、AD574模数转换电路、AD667数模转换电路、给定显示电路、给定设置电路和检测调理电路等组成，系统结构框图如图1所示。
AT89S51是整个系统的核心，在本系统中主要完成检测数据的处理和控制算法的实现。单片机是一种敏感器件，各种干扰的存在很容易使它产生逻辑错误，因此，除了对它提供可靠的电源外，还必须防止生产环境的干扰。电渣重炉设备处在一个高温、大电流、强电磁干扰工作环境中，特别是电磁干扰的存在严重影响了单片机控制电路的工作。为了减小电磁干扰的影响必须对pcb板进行电磁兼容性布线，同时用电磁屏蔽罩覆盖单片机主电路。同时，为了防止控制程序在执行过程中跑飞或进入死循环，保证系统的正常运行，还须设计一个可靠的看门狗电路。为此在本系统中，采用了Maxim公司的MAX706看门狗专用芯片，它可以提供至少200ms宽度的复位脉冲，为使看门狗溢出有效必须把WDO和MR两个引脚连接起来，同时在Vcc与GND之间及PFI与GND之间各加一滤波电容，以有效滤除因空间干扰引起的Vcc与PFI中的尖脉冲。另一方面电源和检测调理电路会对以单片机为主的数字电路产生很大的干扰，因此本设计中把这三个电路分开单独制板。

AD574是12位逐次逼近型快速ADC。本系统采用10V量程、单极性、8位输出方式。用一片74LS138对单片机P2.0、P2.1、P2.2进行译码，以确定AD574在系统中的地址。把译码器的Y0和ADC的片选引脚CS相连。同时把A0和地址锁存器74LS373的Q0端相接，用于产生输出数据的高8位和低4位的逻辑信号。单片机采用中断方式获得ADC的输出数据，并把这些数据存储到片内RAM中以计算电极电流的有效值。由于电流信号是50Hz的交流量，而AD574内部没有采样保持器，所以为了能保证信号的正常采样，必须在ADC之前加上采样保持器。本设计采用了高性能的LF398，使LF398的输出端与AD574的信号输入端相接。LF398的工作状态由AD574的STS控制：当AD574正在转换时STS=1，经反相后使LF3