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单片机直流电弧炉电极调节控制系统f
f
第30卷第2期
1998年6局
西安建筑科技大学
】.Xi'.&Tech.
Vo】.
单片机直流电弧炉电极调节控制系统
高恩深花新峰
西安,710055f第一作者男,)(西安建筑科技大学自动控制系,
什7钾
了P7;
摘要提供了双CPU单片机结构在直流电弧炉电掇调节器中的应用,介绍了系统的硬件,软件及控制算
陆.
关羹词苎兰苎芏!苎苎苎芏墨控制算海;;{辱稚J?
中圈分类号TP273'
TheelectroderegulatorcontrolsystemofDCarcfurnaceinsinglechipmicrocomputerGaoEnshenHuaXinfeng
(..Xi'.&Tech.-Xi'an,710055)
AbstractInthispaper,theapp[[catlonofdoubleCPUsignle-chlpmicrocomputerinDCarcfur
naceeletroderegulatoris
.
KeywordsIPC口"^dc-electroedrequ~ator,controlalgorlthm-siglechipmicrocomputer
在直流电弧炉冶炼设备中,电极调节控制系统是非常重要的环节,它的好坏直接关系到炼钢的质量
,从硬的方面看,有模拟调节控制系统,有目前流行的STD总
,价格低廉的优点,但也有调节
性能差,,良好的人机界面,以
及优越的软件开发环境,但其价格昂贵,性能价格比高,其单台成本超出5万元考虑以上诸种因素,吸
收了目前国际上比较先进的智能型仪表的特点,设计开发出一种低廉,高性能的单片机电弧炉电极调节
,价格低廉的8oc552单片机芯片,为双CPU控制系统,选用了图
形式LCD液晶显示器,具有棒图,,开发的控
制软件移植到该系统中,缩短了软件开发周期,该系统具有优越的性能价格比,其单台成本仅为PC工
业控制机的1/
,功能将弧流,弧压信号变换成O,5V
的电压信号送入A/D转换成效字信号,礅处理器将A/D转换的数字信号进行变换和运算,一方面在液
晶显示器上显示当前的棒图及当前的弧流,弧压测量值,另一方面输出数字信号送到D/A数模转换成
+5v,一5V的电压信号,经V/I变换成两路O,800mA的电流信号,送到液压伺服系统调节电极的
收穑日期1997-l1—18
第2期高恿深等:单片机直泣电弧炉电极调节控制系统167
升降.
2系统的硬件结构及特点
(1)],弧流,弧压,给定信号经过信号采集板变换为O,5V的电压信号,输入到80C552的A/D转换器,转换成数字信号,进行数据处理,并按照一定的控制算法合理地计算出具有良好的动态性能的控制信号,输出送到D/A转换芯片,该芯片采用MAx536,具有4路12位串行输入的D/,联线简单的优点,增加了可靠性,其转换出来的模拟信号为+5V,一5V,送到V/i变换为0,800mA的电流信号驱动液压伺服系统.(2)CPU?为管理层,其数据通过
其功能接受12BUS与CPU!进行交换,
键盘的开关量信号,并具备RS232口与上位机通讯,在ICD显示当前的弧压,弧流测量值,控制捧图和趋势画面,另外提供了控制参数表和控制菜单,键盘输入吸收了智能型仪表的特点,×128点阵的图形式液晶显示模块,通常其他的显示器在电弧炼钢这种强磁场恶劣情况下,是难以正常工作的,而液晶显示器具有较好的抗干挠能力,而且功耗极小,
特点,其使用方法,接口电路和软件编
制参见文献[2].
(3)PSD311为可编程单片机通用外
围芯片,提供了256KEPR0M16K静态
R0M,用于固化程序.
本系统还采用了Wacdog技术,还配
图1调节系统框图
图2系统硬件结椅框图
置了一片PCF8582串行输入的不掉电的静态RAM,以保证在停电事故过程中主
要控制参数不易丢失.
3控制算法
如图3所示,图中控制算法为增量型数字PIDL3].?):KP()2-e(n一1)]+(n)+KP()一2e(n一1)+e(n一2)]式中K为比例增益;;Ka为微分常数;(n)为时刻给定与实际值的偏差,
输出u(一)
=
U(n一1)+?乙r(n),,弧流的变化情况,自
动地修改调节器
的控制参数,使电极调节更平稳.
168西安建筑科技大学第30卷
lel—ls尸一尸l?esp,U=0;IeI—
lS尸一尸l>esp,U—U(n).
式中SP为弧压给定值;尸为弧压测量值;
esp为死区带;U为控制量;U(n)为经PID运
算后得出的控制量,即在孤压小范围波动的情
况下,停止电极动作,保持电极的平稳性.
3,3抗积分饱台
图3系统控帝J框图
在PID控制中由于长期存在偏差或偏差较大时,计算出的控制量,有可能溢出或小于零,溢出就是
U(n)超出D/A所表示的敦值范围,本系统D/A为12位.
当U(n)<0,取U()一0;当U(n)>FFFH,取U(n).
lApvl—lPV(n)一PV(n一1)l,PV(n)为n时刻的弧压采样值{?P为当前时刻与上一时刻弧
压采样值的差.
当u<lApvl<Uf+l"一1,2,3,4),取Kp—K,其中Ul<U2<U3<U4,Kl>K>K时>
K
通常情aT,炼钢电弧炉在熔化期间弧流,弧压波动较大,要求增益较小,降低电极调节的灵敏度,
还原期间,弧流弧压波动较小,要求增益较大,提高电极调节的灵敏度,在不同的冶炼期问选取不同的比
例系数,大大提高了控制器的控制性能.
4软件组成
软件由C语言及汇编语言馄台编写而成,上电后自动进人用户程序,开机后自动检测I/O接口是
否正常,,需要修改的参敦存
人掉电保护静态RAM中,
软件共有5个任务组成,完成系统的全部功能.
任务1:数据采集,采集弧流,弧压当前值,,此
任务每30ms调用一次.
任务2:数据弧压在一段时间的变化情况修改增益系敦K,每800ms调用一次,任务3:采集给定弧压,每1s调用一次.
任务4:更新显示数据,每3s调用一次.
任务5:键盘任务,接受键盘的数据输人.
上面5个任务依其优先级高低按一定的顺序执行,并且各任务之间可相互传递参数,相互通信.
5结语
由于单片机的低成本,高性能,使系统具有较高的性能价格比,在硬件方面,选用了目前最可靠的集
成电路蒜片,,也经过了多次现场应用和改进,控制性能非
常优越,
高,节能显着,深受用户的好评.
参考文麓
:,901綦希林,
2高恩深,,西安建大科技,1997(3):45,48
3何克忠,:清华大学出版杜,1988?140~165