89C51单片机电阻炉炉温控制系统设计+源程序(2)
电气控制系统包括电子线路、微机控制、仪表显示及电气部件等。辅助系统通常指传动系统、真空系统、冷却系统等。
电阻炉的主要参数包括额定电压、额定功率、额定温度、工作空间尺寸、生产率、空炉损耗功率、空炉升温时间、炉温控制精度及炉温均匀性等。
1.1.2 电阻炉的优点
热效率高，电阻炉不需要燃烧气体，没有因派出燃烧而产生的废气造成的热损失。炉膛室内热强度高，能达到较高的温度，是高熔点金属得以熔化。
能满足工件在各种工艺氛围中的要求，并使之成为可控。能用质量流量计对所控气氛进行检测。
由保护气氛来保证炉内气氛的清洁。比如保护气氛改为真空，可以将炉内的残余气体抽走，保护气氛改为氢气，各种可随之运出。高纯度的氢气，气含氧量可小于0.1ppm，气露点小于-70℃。
能够满足工作空间温度场均匀分布和恒温的精度要求。比如在48小时内温度漂移±0.5℃。
整个工艺过程能用微机和智能化程序控制。有利于连锁保护、报警、防爆、数显、曲线记录。
操作简单，寿命长，安全有保障。
场所利用率大，噪声较稳定。
1.1.3 电阻炉加热原理
当电流在导体中流过时，因为任何导体均存在电阻，电能即在导体中形成损耗，转换为热能，按焦耳楞次定律：
Q＝0.24xI²xRxt
Q—热能，卡
I一电流，安培
R一电阻，欧姆
t一时间，秒
按上式推算，当1千瓦小时的电能，全部转换为热能时Q＝(0．24×1000×3600) =864000卡=864千卡。
在电热技术上按1千瓦小时＝860千卡计算。电阻炉在结构上是使电能转换为热能的设备，它能有效地用来加热指定的工件，并保持高的效率。
1.2 方案的比较和确定
方案一
系统采用8031作为系统的微处理器。温度信号由热电偶检测后转换为电信 号经过预处理（放大）送到A/D转换器，转换后的数字信号再送到8031内部进行判断或计算，从而输出的控制信号来控制电阻炉是否加热。但对于8031来说，其内部只有128个字节的RAM，没有程序存储器，并且系统的程序很多，要完成键盘、显示等功能就必须对8031进行存储器扩展和I/O口扩展，并且需要容量较大的程序存储器，外扩时占用的I/O口较多，系统的设计复杂化。
方案二
系统采用89C51作为系统的微处理器来完成对炉温的控制和键盘、显示功能。8051片内除了128KB的RAM外，片内又集成了4KB的ROM作为程序存储器，是一个程序不超过4K字节的小系统。系统程序较多时，只需要外扩一个容量较小的程序存储器，占用的I/O口减少，同时也为键盘、显示等功能的设计提供了硬件资源，简化了设计，降低了成本。因此89C51可以完成设计要求。
综上所述的二种方案，该设计选用方案二比较合适。
1.3 电阻炉温度控制系统简介
1.3.1 系统的介绍
该系统的被控对象为电炉，采用热电阻丝加热，利用大功率可控硅控制器控制热电阻丝两端所加的电压大小，来改变流经热电阻丝的电流，从而改变电炉炉内的温度。可控硅控制器输入为0~3.73V时对应电炉温度0~100℃，温度传感器测量值对应也为0~3.73V，对象的特性为带有纯滞后环节的一阶惯性系统，这里惯性时间常数取T1＝30秒，滞后时间常数取τ＝10秒。
该系统利用单片机可以方便地实现对PID参数的选择与设定，实现工业过程中PID控制。它采用温度传感器将检测到的实际炉温进行A/D转换，再送入计算机中，与设定值进行比较，得出偏差。对此偏差按PID规律进行调整，得出对应的控制量来控制驱动电路，调节电炉的加热功率，从而实现对炉温的控制。利用单片机实现温度智能控制，能自动完成数据采集、处理、转换、并进行PID控制和键盘终端处理及显示[1]。