一種基于dsp微處理器的電阻爐溫度自動(dòng)控制裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及電阻爐溫度控制技術(shù)，公開了一種基于DSP微處理器的電阻爐溫度自動(dòng)控制裝置。該裝置包括用于測(cè)量電阻爐溫度并將溫度信號(hào)傳輸給DSP微處理器的數(shù)字溫度傳感器，電阻爐的溫度測(cè)量端電連接數(shù)字溫度傳感器的輸入端，溫度傳感器的輸出端電連接DSP微處理器的GPIO端；用于電阻爐加熱的加熱器，DSP微處理器的EVA端發(fā)出的控制信號(hào)依次控制光耦、驅(qū)動(dòng)電路和加熱器；DSP微處理器的EVA端電連接光耦的輸入端，光耦的輸出端電連接驅(qū)動(dòng)電路的輸入端，驅(qū)動(dòng)電路的輸出端電連接加熱器；用于人機(jī)交互和系統(tǒng)監(jiān)控的工控機(jī)和觸摸屏，工控機(jī)通過(guò)其I/O接口電連接觸摸屏，通過(guò)CAN總線接口電路與DSP微處理器電連接。
【專利說(shuō)明】—種基于DSP微處理器的電阻爐溫度自動(dòng)控制裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及電阻爐溫度控制技術(shù)，特別涉及一種基于DSP微處理器的電阻爐溫度自動(dòng)控制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]電阻爐作為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的主要生產(chǎn)設(shè)備之一，在冶金、機(jī)械、化工等領(lǐng)域被廣泛使用；由于爐溫控制的精度直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量，因此，在生產(chǎn)實(shí)際中如何提高電阻爐溫度的控制精度就具有重要意義。
[0003]目前，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中普遍使用的電阻爐溫度控制系統(tǒng)存在著以下不足:(I)系統(tǒng)采用單片機(jī)控制，主要由模擬電路及分立集成電路組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，響應(yīng)速度慢，控制精度低，故障率高。(2)系統(tǒng)沒有提供網(wǎng)絡(luò)通信功能，使電阻爐的在線監(jiān)控和數(shù)據(jù)傳送無(wú)法實(shí)現(xiàn)，沒有友好的人機(jī)界面，不便于生產(chǎn)操作；無(wú)聲光報(bào)警功能，不便于故障提示。(3)采用常規(guī)PID算法，當(dāng)外界條件變化時(shí)，系統(tǒng)參數(shù)會(huì)隨之發(fā)生改變，PID參數(shù)需要重新調(diào)整，否則會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)控制精度下降；同時(shí)當(dāng)溫度偏差較大時(shí)，易出現(xiàn)積分飽和，產(chǎn)生控制時(shí)間過(guò)長(zhǎng)等情況。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于DSP微處理器的電阻爐溫度自動(dòng)控制裝置，該裝置采用具有高速運(yùn)算能力的DSP微處理器，簡(jiǎn)化硬件結(jié)構(gòu)，降低成本，提高控制實(shí)時(shí)性和運(yùn)行可靠性；其增設(shè)了友好的人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)置、指令輸入和生產(chǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示，并具有網(wǎng)絡(luò)通信功能；系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)診斷、故障報(bào)警功能。解決以往采用常規(guī)PID控制時(shí)存在控制精度低、響應(yīng)速度慢的問(wèn)題，通過(guò)設(shè)計(jì)一個(gè)二維自動(dòng)控制器，來(lái)克服以上不足；
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案予以達(dá)到。
[0006]一種基于DSP微處理器的電阻爐溫度自動(dòng)控制裝置，其特征在于，包括:
[0007]用于測(cè)量電阻爐溫度并將溫度信號(hào)傳輸給DSP微處理器的數(shù)字溫度傳感器，所述電阻爐的溫度測(cè)量端電連接數(shù)字溫度傳感器的輸入端，所述溫度傳感器的輸出端電連接所述DSP微處理器的GPIO端；
[0008]用于電阻爐加熱的加熱器，DSP微處理器的EVA端發(fā)出的控制信號(hào)依次控制光率禹、驅(qū)動(dòng)電路和加熱器；所述DSP微處理器的EVA端電連接所述光耦的輸入端，所述光耦的輸出端電連接所述驅(qū)動(dòng)電路的輸入端，所述驅(qū)動(dòng)電路的輸出端電連接所述加熱器；
[0009]用于人機(jī)交互和系統(tǒng)監(jiān)控的工控機(jī)和觸摸屏，所述工控機(jī)通過(guò)其I/O接口電連接觸摸屏，通過(guò)CAN總線接口電路與所述DSP微處理器電連接。
[0010]本實(shí)用新型的特點(diǎn)和進(jìn)一步改進(jìn)在于:
[0011](I)還包括用于根據(jù)所述DSP微處理器的輸出的報(bào)警信號(hào)進(jìn)行報(bào)警的報(bào)警電路，所述DSP微處理器的I/O輸出端電連接所述報(bào)警電路的輸入端。
[0012]所述報(bào)警電路包含燈光報(bào)警單元和聲音報(bào)警單元；[0013]所述燈光報(bào)警單元由用于指示正常的綠色二極管、用于指示超過(guò)上限的紅色二極管、用于指示低于下限的黃色二極管組成，所述綠色二極管的輸入端電連接所述DSP微處理器的10PB2端，所述紅色二極管的輸入端電連接所述DSP微處理器的IOPBO端，所述黃色二極管的輸入端電連接所述DSP微處理器的IOPBl端；
[0014]所述聲音報(bào)警單元由揚(yáng)聲器、樂曲發(fā)生器和用于驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出樂曲報(bào)警聲的放大電路組成，所述DSP微處理器的IOPBO端和IOPBl端經(jīng)或門電連接于所述樂曲發(fā)生器的控制端，所述樂曲發(fā)生器的輸出端電連接所述放大電路的輸入端，所述放大電路的輸出端電連接所述揚(yáng)聲器的輸入端；所述樂曲發(fā)生器采用集成電子音樂芯片7920A ;所述放大電路采用集成放大器M51182L。
[0015](2)還包括用于為所述DSP微處理器提供時(shí)間基準(zhǔn)和使所述DSP微處理器內(nèi)的電路初始化的時(shí)鐘復(fù)位電路；所述時(shí)鐘復(fù)位電路的輸出端電連接所述DSP微處理器的時(shí)鐘復(fù)位端。
[0016](3)還包括用于提供電源的電源電路；所述電源電路的輸出端電連接所述DSP微處理器的電源端；所述電源電路采用電源轉(zhuǎn)換芯片TPS7333。
[0017](4)所述CAN總線接口電路包含CAN接口適配卡、CAN驅(qū)動(dòng)器、CAN物理總線；所述工控機(jī)通過(guò)CAN接口適配卡與CAN物理總線連接，所述DSP微處理器通過(guò)CAN驅(qū)動(dòng)器與CAN物理總線連接；所述CAN驅(qū)動(dòng)器采用PCA82C250。
[0018](5)所述數(shù)字溫度傳感器采用DS18B20。
[0019](6)所述DSP微處理器采用TMS320LF2407DSP微處理器。
[0020](7)所述光耦采用雙向晶閘管輸出型光耦M0C3061。
[0021](8)所述驅(qū)動(dòng)電路采用雙向可控硅BTA12-600B。
[0022]本實(shí)用新型，基于DSP微處理器的電阻爐溫度自動(dòng)控制裝置，具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0023](I)采用具有高速運(yùn)算能力的DSP微處理器，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)，降低了成本，提高了系統(tǒng)的控制實(shí)時(shí)性和運(yùn)行可靠性。
[0024](2)系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)診斷、聲光報(bào)警功能。
[0025](3)采用CAN總線實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)與工控機(jī)、觸摸屏之間的數(shù)據(jù)通信，增設(shè)了友好的人機(jī)界面，通過(guò)觸摸屏實(shí)現(xiàn)了參數(shù)設(shè)置、指令輸入和生產(chǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示功能。
[0026](4)解決了針對(duì)爐溫變化的非線性與時(shí)滯性采用PID控制時(shí)存在控制精度低、響應(yīng)超調(diào)量大的問(wèn)題，提聞了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度和穩(wěn)態(tài)精度。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0027]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0028]圖1為本實(shí)用新型的一種基于DSP微處理器的電阻爐溫度自動(dòng)控制裝置結(jié)構(gòu)示意框圖；
[0029]圖2為圖1中所示的報(bào)警電路示意圖。
[0030]圖3為圖1中所示的電源電路示意圖。
[0031]圖4為圖1中所示的電阻爐CAN總線通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意框圖。
[0032]圖中:1、電源電路；2、報(bào)警電路；3、時(shí)鐘復(fù)位電路；4、DSP微處理器；5、數(shù)字溫度傳感器；6、電阻爐；7、光耦；8、驅(qū)動(dòng)電路；9、加熱器；10、CAN總線接口電路；11、CAN總線上其他設(shè)備；12、企業(yè)網(wǎng)絡(luò)；13、工控機(jī)；14、觸摸屏；L1、綠色二極管；L2、黃色二極管；L3、紅
色二極管。
【具體實(shí)施方式】
[0033]參照?qǐng)D1，為本實(shí)用新型的一種基于DSP微處理器的電阻爐溫度自動(dòng)控制裝置結(jié)構(gòu)框圖。DSP為數(shù)字信號(hào)處理(Digital Signal Processing，簡(jiǎn)稱DSP)，該裝置包括用于測(cè)量電阻爐溫度并將溫度信號(hào)傳輸給DSP (digital signal processor)微處理器4的數(shù)字溫度傳感器5，數(shù)字溫度傳感器5采用DS18B20，DSP微處理器4采用TMS320LF2407，電阻爐6的溫度測(cè)量端電連接數(shù)字溫度傳感器5的輸入端，溫度傳感器的輸出端電連接DSP微處理器4的GPIO端；用于電阻爐6加熱的加熱器9，DSP微處理器4的EVA端發(fā)出的控制信號(hào)依次控制光耦7、驅(qū)動(dòng)電路8和加熱器9，光耦7采用雙向晶閘管輸出型光耦7M0C3061，驅(qū)動(dòng)電路8采用雙向可控硅BTA12-600B ;DSP微處理器4的EVA端電連接光耦7的輸入端，光耦7的輸出端電連接驅(qū)動(dòng)電路8的輸入端，驅(qū)動(dòng)電路8的輸出端電連接加熱器9 ;用于人機(jī)交互和系統(tǒng)監(jiān)控的工控機(jī)13和觸摸屏14，工控機(jī)13通過(guò)其I/O接口電連接觸摸屏14，通過(guò)CAN總線接口電路10與DSP微處理器4電連接。
[0034]還包括用于根據(jù)DSP微處理器4的輸出的報(bào)警信號(hào)進(jìn)行報(bào)警的報(bào)警電路2，DSP微處理器4的I/O輸出端電連接報(bào)警電路2的輸入端。
[0035]如圖2所示，報(bào)警電路2包含燈光報(bào)警單元和聲音報(bào)警單元；燈光報(bào)警單元由用于指示正常的綠色二極管L1、用于指示超過(guò)上限的紅色二極管L3、用于指示低于下限的黃色二極管L2組成，綠色二極管LI的輸入端電連接DSP微處理器4的10PB2端，紅色二極管L3的輸入端電連接DSP微處理器4的IOPBO端，黃色二極管L2的輸入端電連接DSP微處理器4的IOPBl端；聲音報(bào)警單兀由揚(yáng)聲器、樂曲發(fā)生器和用于驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出樂曲報(bào)警聲的放大電路組成，DSP微處理器4的IOPBO端和IOPBl端經(jīng)或門電連接于樂曲發(fā)生器的控制端，樂曲發(fā)生器的輸出端電連接放大電路的輸入端，放大電路的輸出端電連接揚(yáng)聲器的輸入端；樂曲發(fā)生器采用集成電子音樂芯片7920A ;放大電路采用集成放大器M51182L。
[0036]該裝置還包括用于為DSP微處理器4提供時(shí)間基準(zhǔn)和使DSP微處理器4內(nèi)的電路初始化的時(shí)鐘復(fù)位電路3 ;時(shí)鐘復(fù)位電路3的輸出端電連接DSP微處理器4的時(shí)鐘復(fù)位端。
[0037]如圖3所示，該裝置還包括用于提供電源的電源電路I ;電源電路I的輸出端電連接DSP微處理器4的電源端；電源電路I采用電源轉(zhuǎn)換芯片TPS7333。
[0038]如圖4所示，CAN總線接口電路10包含CAN接口適配卡、CAN驅(qū)動(dòng)器、CAN物理總線；工控機(jī)13通過(guò)CAN接口適配卡與CAN物理總線連接，DSP微處理器4通過(guò)CAN驅(qū)動(dòng)器與CAN物理總線連接；CAN驅(qū)動(dòng)器采用PCA82C250。
[0039]該裝置采用TMS320LF2407DSP為DSP微處理器4，通過(guò)GPIO端口的10PA6引腳直
接讀取采樣到的溫度數(shù)字量，將其與溫度設(shè)定值相比較得到溫度偏差及偏差變化率，調(diào)用自動(dòng)控制算法，求出輸出控制量。
[0040]功率驅(qū)動(dòng)電路8中的光耦7用雙向晶閘管輸出型光耦7M0C3061，驅(qū)動(dòng)電路8用雙向可控硅BTA12-600B，加熱器9用加熱絲；功率驅(qū)動(dòng)電路8由DSP微處理器4的TlPWM引腳輸出的PWM波進(jìn)行控制。該裝置通過(guò)控制可控硅的通斷，控制加熱功率，實(shí)現(xiàn)溫度調(diào)節(jié)。
[0041]報(bào)警電路2具有故障診斷和聲光報(bào)警功能，當(dāng)爐溫超過(guò)上、下限閥值時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提醒工作人員排除故障。電路包括兩部分，一部分是“樂曲發(fā)生器”，由集成電子音樂芯片7920A組成，當(dāng)其輸入端MT為1.5V高電平時(shí)，輸出端Vtm便可輸出樂曲信號(hào)；另一部分是“放大電路”，采用集成放大器M51182L，可以驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出樂曲報(bào)警聲，音量可由IOK Ω電位器調(diào)整。DSP微處理器4的10PB0、10PB1引腳分別用于控制上、下限報(bào)警，IOPB2用于指示系統(tǒng)正常，三個(gè)引腳分別接三個(gè)發(fā)光二極管顯示系統(tǒng)狀態(tài)；10PB0、IOPBl引腳經(jīng)或門接至7920A控制端MT，實(shí)現(xiàn)報(bào)警控制。
[0042]由于TMS320LF2407采用3.3V電源供電，而外部提供的電源是直流5V，故設(shè)計(jì)了如圖3所示的電源電路I。電路采用電源轉(zhuǎn)換芯片TPS7333，其輸入電壓5V，輸出電壓3.3V,輸出最大電流500mA，電路具有欠壓保護(hù)功能。
[0043]系統(tǒng)采用CAN總線實(shí)現(xiàn)DSP微處理器4與工控機(jī)13、觸摸屏14之間的數(shù)據(jù)通信，CAN總線通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。該系統(tǒng)中，工控機(jī)13通過(guò)CAN接口適配卡與CAN物理總線相連；DSP微處理器4TMS320LF2407通過(guò)CAN驅(qū)動(dòng)器PCA82C250連接至CAN物理總線。將工控機(jī)13連接到企業(yè)網(wǎng)絡(luò)12中，有利于企業(yè)進(jìn)行監(jiān)控和管理；在CAN物理總線上還可以根據(jù)需要接入CAN總線上其他設(shè)備11 ;在此網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，可配置多個(gè)節(jié)點(diǎn)，并且各個(gè)節(jié)點(diǎn)間都能通過(guò)CAN總線進(jìn)行信息交換。
[0044]系統(tǒng)通過(guò)觸摸屏14來(lái)完成參數(shù)設(shè)置、指令輸入、生產(chǎn)狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示。
[0045]針對(duì)電阻爐6溫度變化的非線性和時(shí)滯性，并考慮到二維自動(dòng)控制可保證系統(tǒng)穩(wěn)定性，減少超調(diào)量，故本系統(tǒng)自動(dòng)控制器設(shè)計(jì)成二維結(jié)構(gòu)。
[0046]二維自動(dòng)控制器的輸入語(yǔ)言變量為溫度誤差e及誤差變化率ec，輸出變量為PWM波輸出占空比變化量U。溫度誤差變化率ec=e (k) -e (k_l)。
[0047](I)溫度誤差e的基本論域?yàn)閇_40°C，+40°C ]，溫度誤差變化率ec的基本論域?yàn)閇-20，+20]，PWM波輸出占空比變化量u的基本論域?yàn)閇-0.6,0.6]。
[0048](2)溫度誤差e的自動(dòng)論域X、溫度誤差變化率ec的自動(dòng)論域Y和PWM波輸出占空比變化量 u 的自動(dòng)論域 Z 全為:[-6, -5, -4, -3, -2, -1,0, +1, +2, +3, +4, +5, +6]
[0049](3)溫度誤差e的量化因子ke=6/40=0.15，溫度誤差變化率ec的量化因子kec=6/20=0.3，控制量變化u的比例因子ku=0.6/6=0.1。
[0050]語(yǔ)言變量云、EC\ G分別選取7個(gè)語(yǔ)言值:[PB，PM，PS，0，NS，NM，NB]。通過(guò)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，確定出各語(yǔ)言變量自動(dòng)子集的隸屬度函數(shù)，建立如下所示語(yǔ)言變量￡、EC\ G的賦值表。
【權(quán)利要求】
1.一種基于DSP微處理器的電阻爐溫度自動(dòng)控制裝置，其特征在于，包括: 用于測(cè)量電阻爐溫度并將溫度信號(hào)傳輸給DSP微處理器的數(shù)字溫度傳感器，所述電阻爐的溫度測(cè)量端電連接數(shù)字溫度傳感器的輸入端，所述溫度傳感器的輸出端電連接所述DSP微處理器的GPIO端； 用于電阻爐加熱的加熱器，所述DSP微處理器的EVA端發(fā)出的控制信號(hào)依次控制光耦、驅(qū)動(dòng)電路和加熱器；所述DSP微處理器的EVA端電連接所述光耦的輸入端，所述光耦的輸出端電連接所述驅(qū)動(dòng)電路的輸入端，所述驅(qū)動(dòng)電路的輸出端電連接所述加熱器； 用于人機(jī)交互和系統(tǒng)監(jiān)控的工控機(jī)和觸摸屏，所述工控機(jī)通過(guò)其I/O接口電連接觸摸屏，通過(guò)CAN總線接口電路與所述DSP微處理器電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于DSP微處理器的電阻爐溫度自動(dòng)控制裝置，還包括用于根據(jù)所述DSP微處理器的輸出的報(bào)警信號(hào)進(jìn)行報(bào)警的報(bào)警電路，所述DSP微處理器的I/O輸出端電連接所述報(bào)警電路的輸入端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于DSP微處理器的電阻爐溫度自動(dòng)控制裝置，所述報(bào)警電路包含燈 光報(bào)警單元和聲音報(bào)警單元； 所述燈光報(bào)警單元由用于指示正常的綠色二極管、用于指示超過(guò)上限的紅色二極管、用于指示低于下限的黃色二極管組成，所述綠色二極管的輸入端電連接所述DSP微處理器的10PB2端，所述紅色二極管的輸入端電連接所述DSP微處理器的IOPBO端，所述黃色二極管的輸入端電連接所述DSP微處理器的IOPBl端； 所述聲音報(bào)警單兀由揚(yáng)聲器、樂曲發(fā)生器和用于驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出樂曲報(bào)警聲的放大電路組成，所述DSP微處理器的IOPBO端和IOPBl端經(jīng)或門電連接于所述樂曲發(fā)生器的控制端，所述樂曲發(fā)生器的輸出端電連接所述放大電路的輸入端，所述放大電路的輸出端電連接所述揚(yáng)聲器的輸入端；所述樂曲發(fā)生器采用集成電子音樂芯片7920A ;所述放大電路采用集成放大器M51182L。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于DSP微處理器的電阻爐溫度自動(dòng)控制裝置，還包括用于為所述DSP微處理器提供時(shí)間基準(zhǔn)和使所述DSP微處理器內(nèi)的電路初始化的時(shí)鐘復(fù)位電路；所述時(shí)鐘復(fù)位電路的輸出端電連接所述DSP微處理器的時(shí)鐘復(fù)位端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于DSP微處理器的電阻爐溫度自動(dòng)控制裝置，還包括用于提供電源的電源電路；所述電源電路的輸出端電連接所述DSP微處理器的電源端；所述電源電路采用電源轉(zhuǎn)換芯片TPS7333。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于DSP微處理器的電阻爐溫度自動(dòng)控制裝置，所述CAN總線接口電路包含CAN接口適配卡、CAN驅(qū)動(dòng)器、CAN物理總線；所述工控機(jī)通過(guò)CAN接口適配卡與CAN物理總線連接，所述DSP微處理器通過(guò)CAN驅(qū)動(dòng)器與CAN物理總線連接；所述CAN驅(qū)動(dòng)器采用PCA82C250。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于DSP微處理器的電阻爐溫度自動(dòng)控制裝置，所述數(shù)字溫度傳感器采用DS18B20。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于DSP微處理器的電阻爐溫度自動(dòng)控制裝置，所述DSP微處理器采用TMS320LF2407。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于DSP微處理器的電阻爐溫度自動(dòng)控制裝置，所述光耦采用雙向晶閘管輸出型光耦M0C3061。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于DSP微處理器的電阻爐溫度自動(dòng)控制裝置，所述驅(qū)動(dòng)電路采用雙 向可控硅BTA12-600B。
【文檔編號(hào)】G05B19/042GK203733010SQ201420111998
【公開日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年3月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月12日
【發(fā)明者】袁戰(zhàn)軍 申請(qǐng)人:陜西國(guó)際商貿(mào)學(xué)院