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《 工业控制计算机》 20 11 年第 24 卷第 2 期 79 等温挤旋成形装置中辅助加热 自动控制系统的设计 S tudy of Inte llig e nt C ontrol S y ste m in T he rm ostatic T a nk 马春 生 张 治 民 ( 中北大学机械工程与 自 动化学院， 山西 太原 030051) ( 中北大学材料科学与工程学院， 山西 太原 030051) 摘 要 ． 针对装置 中恒温要 求 ， 以单片机 AT89C52 为控制核心 ， 应用： P ID 的混合控 制技术 ， 完成 系统 的高精度恒温 自动 控制。结果表 明恒温油槽运行稳 定， 系统恒温状态下温度控 制精度在± 0 1 ， 达到设计精度要 求。 关 键 词 ： 单 片机 AT89C 52 ， 恒 温槽 ， 温 度控 制 A bs t rac t For the req uireme nts of c on stant te mp e rature o n d ev ice ， th at com p letes hig h—p rec is io n a uto matic syste m con trol th ro ug h the fuzzy —P ID h yb rid co ntro l tech no log y by AT8 9C 52 as the co ntro l c e nte r T he re su lts show that th e ta nk tem p erature sta— ble o pe ratio n the s y s tem und e r c o ns tant tem pe ratu re c o ntro l ac c urac y± 0 1， to me et the d es ig n a c c urac y K e yw o rds ： S C M A T 89C 52 ， the rmos tat b ath ， tem pe ra tu re c ontrol 镁合金轿 车轮毂等温挤旋成形装 置 ，要求在 250oC左右 的 液态介质 中加工。通过密封 的液态恒温槽 使轮毂在某介质 中的 适 当温度下等温成形 ，这样 的成 形技 术既增加了轮毂的变形 区 范 围， 又使变形温度的波动幅度较小。为此设计 的恒温槽 ， 可对 实际 以至未来设备 的生产提供一个较大的发展 空间。 1 恒 温 油槽 的 系统 组 成 及 工 作 原 理 等温挤旋 成形技术是一种综合 了旋压 、 锻造 、 挤压 、 拉伸 、 弯 曲和滚压等工艺特点的少无切 削加工的先进工艺。 依据等温挤旋 成形工艺设计 出的装备如图 1 所示 。 新工艺的特点之一要求工件 在液态介质中等温加工 ， 因而恒 温油槽的合理设计是装备 中关键 技术之一。恒温油槽是一个为金属热加工提供工作环境 的系统 。 系统 由油槽 、 加热器 、 搅拌机 、 温度传感器和控制 电路组成。 ‘ 1． 储油箱 2 油泵 3 阀门 4． 放液阀 5 输油管 6 l力 H热槽 7 电机 8． 工件 9 顶端面 10． 油槽(工作 区) 11． 挤旋轮12 芯模图 1等温挤旋 成形系统 加热电阻丝在加热槽 6 中放置应注 意以下几点 ： 1) 电阻丝的分布应该符 合恒温槽传导 热量的 比率 ， 这 样才 能使温度场 分布均匀且稳定 。 2 ) 要减小电阻丝通过 电流 时可 能产生 的附加 干扰磁场。可 以用双线法绕制 。 3 ) 加热 电阻丝必须 紧密贴合 在槽上 ， 这样才 能使热量 迅速 传递给恒温槽 。 并且加热电阻丝和恒 温槽 之间应该绝缘 ， 可以在 加热电阻丝绕制好后在其上喷上清漆或其他绝缘胶 。 13． 输入轴 山西省科技攻关项 目(20100321080) 4 ) 加热 电阻丝的安装必须注意与测温元件之间的相对位置 ， 使它们之间的分布温度滞后最 小。 2系 统 整体 结构 辅助加热系统 的控制原理 如图 2 所示 ， 系统选择 AT89C52 单片机为控 制器 。 在加热槽 内设有两组 电加热器( P = 50kW ． P2= 2500W ) 、 搅拌器和 PT 100 的温度传感器 。 启动 电加热器 P 1 和 P2 同时加热 ， 1 小 时后恒温槽内温度可 达额定温度 T =250~ C 左右。恒温槽 允许的温度范围 (一 1~ ／ o)TH ≤ T ≤(+ 1％)TH 。温度传感器将 目前槽 内温度变换成微小电压 ， 经放 大器 LM124 放大后 ， 得到 0V ～ 5V 输 出电压 ， 该模拟输 出电压经 A／ D 转换器 TLC2543 转换成数字量供 系统进行采集 。 恒温槽开启加热达到额定温度后 ，系统 开始采集和处理恒 温槽 的温度 。即定 时检测 、 显示和处理恒温槽 的温度 。微机系统 每隔 1min， 通过 4 位 LED 数码管显示 当前 检测温度值 ， 另 4 位 LED 数码管显示设定值。通过显示 值判 断 ，若槽 温在允许 范围 内， 则切断 P ， 投入 P ， 且绿 色指示灯亮 。 若槽温 T ≥( + 2％)TH时 ， 则切断 P ， 黄 色指示灯亮 ， 且 连续 发出 F= 1000Hz 的声音报警 ， 取出槽 内热处理 工件 ， 等 待机 检查 系统故 障 ， 故障消除后停止声光报警 ， 重新启动系统工作 。 若 恒 槽 温 T ≤ ( 一 2 ％) TH时 ， 同时 投 入 P 、 P ， 黄 色 指 示 灯 亮 ， 且连续发 出 F= 500Hz 的声音报警 。待槽温升至 允许 范围后 ， 切 断 P ， 保 留 P。 ， 停 止 声 光 报警 ， 系统继续工作 。 3系统硬件结构 3． 1 温度 采 集 和 A／ D 转 换电路设计 温 控 系 统 是 保 证 恒 温 的控 制 中枢 ， 若温控 系 统灵敏 度不 够 ， 就会 直接 影响装置的使 用性 能。因 此本 系统 温 度 传 感 器 选 用工 业 上 常 用 的温 度 传 图 2苴 门 微 型 计 算 机 (AT8 9C5 2) 辅助加热系统的控制框图