专利名称：电炉温度微机工业控制技术教学实验仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种计算机专业、自动化控制专业的实验教学仪器。
背景技术：
在自动化控制专业的实验教学中，涉及电炉温度微机工业控制的实验仪器只能进行模拟的物理量测量(如温度、压力)、模拟量转换和一些简单电器(如显示器、电机、打印机)的实验。由数字和模拟两部分组成的计算机工业控制实验教学仪器项目还是非常的缺乏。在工业控制中，最通用项目之一为电炉温度控制，由于其使用广泛，所以有许多成熟技术和仪器、仪表，例如可控硅和PID调节技术。以所述的成熟技术为基础，设计出适合电炉温度控制的教学实验仪，可以丰富和提高微机工业控制技术的课程设计的内容和水平。
发明内容
本实用新型所述电炉温度微机工业控制技术教学实验仪，可以解决学生利用数字和模拟电路，独立完成电炉温度控制系统的硬件设计，软件编制以及最后的调试和观察炉温的控制效果的问题。
本实用新型所述电炉温度微机工业控制技术教学实验仪的电路包括由单片机控制器组成的数字部分，由被控对象的电炉加热部件、热电偶传感器和放大器组成的模拟部分；所述两部分按热电偶传感器、电压放大器、模/数转换电路、单片机、光驱动电路、可控硅电路和电炉加热部件的连接顺序，通过其中的模/数转换和双向可控硅组合成一个数字、模拟闭环混合系统；所述电炉加热部件通过所述双向可控硅与交流电源连接，所述单片机的具有位控功能输出口连接并控制双向可控硅的触发端；所述单片机包括接LED显示器的温度数据输出端和一个键入设定值端。
如上所述的电炉温度微机工业控制技术教学实验仪，其中双积分模/数转换器及放大器设置于仪器箱内，由单排插针引出连接信号，输入、输出信号由控制箱前面板上引出。
如上所述的电炉温度微机工业控制技术教学实验仪，其中可控硅控制电路包括可控硅控制及交流电过零检测电路。
如上所述的电炉温度微机工业控制技术教学实验仪，其中的单片机、LED显示器和键入设定值键盘共同安装在一个综合实验板上。
本实用新型与现有的教学实验仪相比，具有如下优点和积极效果1.弥补了现有计算机自动化控制专业实验教学仪器中，不具备电炉温度工业控制技术实验教学的功能。
2.本实验仪具备电炉温度控制系统的技术特点，具有温度控制和定时两种基本功能，可研究采样周期对系统特性的影响，可对时间常数系统PID参数整定方法进行教学实验。
图1是本实用新型的电路原理框图；图2是本实用新型的电压运放电路原理图；图3是本实用新型的A/D转换电路原理图；图4是本实用新型的控制箱前面板结构图；图5是本实用新型的可控硅电源控制电路图。
具体实施方式
本实用新型的电路组成参见图1。电炉一般采用电阻元件来完成内部的加热，通常采用热电偶作为温度检测器件。热电偶有多数类型，如铜-康铜、镍-镍铝等，它们的输出电压一般为0～几十mV。电压被运算放大器放大，将该电压(模拟量)通过A/D转换，单片机获得电炉温度转换值(数量)，炉温值在LED上显示出来，另一方面当采样周期到达时，与设定值进行比较后，再作PID运算。按运算结果通过单片机P3.5去改变控制脉冲的宽度，从而改变可控硅在一个固定控制周期内的导通时间，即改变了可控硅导通的半周期数。选择具有位控功能的输出口，去控制双向可控硅的导通时间，从而改变电炉的平均输入功率，以此来达到控制温度的目的。系统的软件主要包括主程序、中断程序、PID运算程序和输出程序等。
该系统可分成数字和模拟两部分，通过A/D和双向可控硅把两部分组合成一个数字、模拟闭环混合系统。数字部分是单片机控制器、模拟部分包括被控对象电炉、传感器(热电偶)、放大器等模拟环节。
电炉的电源均采用交流电，使用可控硅来控制电热功率，对小电炉(例如300W)采用单相交流电。图1中模块1为双积分A/D转换器MC14433及放大器LM324；模块2为可控硅控制及交流电过零检测电路；模块3为单片机综合实验板。
这3个模块组成了电炉温度控制系统，由系统组成可看出，它体现了工业控制中硬件和软件相结合的发展方向。它具有温度控制和定时两大功能。用户可设定采样周期及PID控制方式的参数。在启动后，可按实际测试温度和设定值来控制双向可控硅的导通角，从而控制电炉的加热功率，使温度保持在设定值。
图2中的放大器为LM324，其输入端接热电偶，并将其输出的取样信号进行电压放大，输出端Z1接图2所示的双积分A/D转换器MC14433的VX端，A/D转换器八位输出端接单片机的P1.0至P1.7端。
图4中，控制箱前面板包括计算机P1端接口和P32、P34、P35及电源接口。
图5为本装置的可控硅电源控制电路，该电路按控制要求接收来自具有位控功能的输出口发出周期为Tc的宽度不相同的方波脉冲，去控制双向可控硅的导通时间，从而改变电炉的平均输入功率。
权利要求1.一种电炉温度微机工业控制技术教学实验仪，其特征在于它的电路包括由单片机控制器组成的数字部分，由被控对象的电炉加热部件、热电偶传感器和放大器组成的模拟部分；所述两部分按热电偶传感器、电压放大器、模/数转换电路、单片机、光驱动电路、可控硅电路和电炉加热部件的连接顺序，通过其中的模/数转换和双向可控硅组合成一个数字、模拟闭环混合系统；所述电炉加热部件通过所述双向可控硅与交流电源连接，所述单片机的具有位控功能输出口连接并控制双向可控硅的触发端；所述单片机包括接LED显示器的温度数据输出端和一个键入设定值端。
2.如权利要求1所述的电炉温度微机工业控制技术教学实验仪，其特征在于其中双积分模/数转换器及放大器设置于仪器箱内，由单排插针引出连接信号，输入、输出信号由控制箱前面板上引出。
3.如权利要求1所述的电炉温度微机工业控制技术教学实验仪，其特征在于其中可控硅控制电路包括可控硅控制及交流电过零检测电路。
4.如权利要求1所述的电炉温度微机工业控制技术教学实验仪，其特征在于其中的单片机、LED显示器和键入设定值键盘共同安装在一个综合实验板上。
专利摘要一种电炉温度微机工业控制技术教学实验仪。它的电路包括由单片机控制器组成的数字部分，由被控对象的电炉加热部件、热电偶传感器和放大器组成的模拟部分；两部分按热电偶传感器、电压放大器、模/数转换电路、单片机、光驱动电路、可控硅电路和电炉加热部件的连接顺序，通过其中的模/数转换和双向可控硅组合成一个数字、模拟闭环混合系统；单片机包括接LED显示器的温度数据输出端和一个键入设定值端。本实用新型弥补了现有计算机自动化控制专业实验教学仪器中，不具备电炉温度工业控制技术实验教学的功能。具有温度控制和定时两种基本功能，可研究采样周期对系统特性的影响，可对时间常数系统PID参数整定方法进行教学实验。
文档编号G09B25/00GK2681261SQ20042000472
公开日2005年2月23日 申请日期2004年2月26日 优先权日2004年2月26日
发明者徐晶 申请人:徐晶