【正文】 ALE 可直接與地址 /數據復用的單片機相連。它采用 28 引腳，分 DIP和 SOIC 兩種封裝，內部具有總線控制及譯碼電路，有多種寄存器和相控邏輯電路。 P3 口： P3口是一組帶有內部上拉電阻的 8位雙向 I/O 口， P3口輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）四個 TTL 邏輯門電路。作輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸 出一個電流（ IIL）。對端口寫“ 1”，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作 為輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（ IIL） .. 和 還可分別作為定時器、計數器 2的外部計數輸入（ ）和輸出（ ）。 P0 口： P0 口是一組漏極開路型雙向 I/O 口，即地址 、數據總線復用口，作為輸出口時，每位能吸收電流的方式驅動八個 TTL 邏輯門電路，對端口 P0寫“ 1”時，可作為高阻抗輸入端用。如 EA 端為高電平（接 VCC端），則 CPU 執(zhí)行內部程序存儲器中的指令。 SENP ：程序存儲允許 ( SENP )輸出的是外部程序存儲器的讀選通信號，當 AT89C52 由外部程序存儲器取指令（或數據）時，每個機器周期輸出兩次 SENP 有效，即輸出兩個脈沖。 本 科 畢 業(yè) 設 計 第 17 頁 共 52 頁 用于 Flash 存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（ PROG ）。 GND：地。讀取轉換結果 ： BU SY 在變?yōu)楦唠娖胶蠓侥茏x取結果 ， 給 RD 引腳 8個低電平 ， 就依次從 MAX155 內部 RAM 中按順序讀出 0～ 7通道的轉換結果。前者通過配置寄存器 (configurat ionregister)的設置使得 MAX155 工作靈活 ， 但編程復雜；后者是通過外部引腳的接線來實現不同的工作狀態(tài) ， 編程簡單易學 ， 對多通道的同步數據采集而言 ， 后者比前者方便、簡單。 f CLK= 0. 5MHz～ 5MHz REFOUT 基準電壓輸出端 ， + 2. 5V REFIN 基準電壓輸入端 ， 一般為 + 2. 5V AGND DGND 模擬地、數字地 VDD 正電源端 ， + 5V 當 MODE 端開路時 ， 轉換類型控制字可通過編程裝載到多路選擇器的結構寄存器 ，其轉換類型的選擇見表 。 MODE開路 ， I/ O 模式 ； MODE 接 0 ， 單端 ； 接 1 ， 差分 Vss 負電源端。 MAX155 的另一個特性是具 2. 5V 的內部參考電壓和電源關斷功能 ，這樣就提供了一個完善的數據采集系統(tǒng)。每個通道的轉換時間為 3. 6μ s ， 并A C B Uc Ub Ia Ib Ic (a) (b) (c) 本 科 畢 業(yè) 設 計 第 13 頁 共 52 頁 能將結果存在內部的 8 8RAM 中。 測量回路中解 耦 電路的作用 電弧爐是三相供電系統(tǒng)，在正常運行條件下，三相處于對稱運行狀態(tài)，但爐內金屬與電極之間經常發(fā)生短路，短路分為三種情況，單相短路，兩相短路，三相短路，其中單相短路頻率最高，并且單相短路時對其它兩相的影響也最為嚴重。 電流信號變壓器選取 6800/1 和 11800/1 的電流信號變壓器，若無非常符合要求的，則選用相近變比的電流信號變壓器，改變互感器線圈達到標準。整個弧長工作范圍為 minI 和 maxI 之間。 當電極上升時，電弧被拉長，電弧電壓 hU 升高，電弧電阻 hR 增大，直到弧長達到最大值，即調節(jié)器的工作電流也達到了最小值。 由圖 P就是電弧的工作點。 對于信號測量回路，在額定電弧電流狀態(tài)下， 1R 上的電壓降為 7~10V， 2R 上的電壓降亦為 7~10V。 本 科 畢 業(yè) 設 計 第 8 頁 共 52 頁 B1G Z 1B2G Z 2R1 R3C1R2C2 W2W1C3L H QF U S E 1S1S2HIHUHGNDF U S E 1 圖 信號測量電路 電弧電流信號通過電流互感器 LHQ 取出，經過電位器 1W 分流，然后經過電流信號變壓器 1B 把電流信號變成電壓信號，經過橋式整流器 1GZ 整流，將電弧的交流信號變成了直流信號，該直流信號脈動較大，需要經過濾波電容 1C 濾波，最后加于負載電阻 1R 上。此外變壓器繞組中心抽頭利用率較差，所以本設計采用橋式整流電路。 另外，還設手動操作裝置，通過對單片機兩個 I/O口置高低電平，可以很方便的實現手動升降電極。 本 科 畢 業(yè) 設 計 第 5 頁 共 52 頁 2 硬件電路設計 硬件設計綜述 本設計采用 AT89C52單片機作為整個系統(tǒng)的運算和控制 器，如圖 1所示，將從電弧電流、電壓測量環(huán)節(jié)得到的信號通過 A/D轉換器 MAX155變?yōu)閿底中盘栞斎氲絾纹瑱C，單片機根據程序算法通過改變變頻器 SPWM信號發(fā)生和控制芯片 SA4828的內部控制寄存器參數，從而改變變頻器的輸出電壓、頻率，最終改變拖動電極執(zhí)行機構 — 力矩電動機的轉速和方向，保證電弧爐的正常工作（功率穩(wěn)定）。采用兩片 MAX7219 芯片級聯形式，每個 MAX7219 控制一個 8 位的數據顯示 ]14[ 。dU 〉 0，電動機下降；當 39。力矩電動機的速度調節(jié)及正反轉的控制是采用變頻調速方式實現的 ]10[ ，其變頻裝置以 SA4828作為 SPWM信號發(fā)生器，經過驅動電路控制 IPM 模塊，產生三相變頻電源，配以 89C52 單片機、速度反饋裝置構成閉環(huán)調速系統(tǒng) ]11[ 。與超音速氧槍相比 ,聚流氧槍具有氧氣射流長度長、吸入空氣少、射流發(fā)散少、衰減慢和射流沖擊力大等優(yōu)點。根據電弧爐煉鋼的能量平衡分析 ,爐氣能量損失占輸出能量的 21 % ,在吹氧條件下 ,C CO 反應可提供 1215 MJ / kg (C) 的熱量 ,若氣相中發(fā)生 CO CO2 反應 ,則可提供 2017 MJ / kg (C) 的熱量 ,即二次燃燒可產生的熱量潛力非常大。 7) 金屬熔池始終存在強烈的循環(huán)攪拌。 3) 只需一套電極系統(tǒng) ,可使用與三相交流電弧爐同直徑的石墨電極 。全部電流都要通 過爐頂中心的單電極 ,為此應用電流密度大的超高功率石墨電極。 導電橫臂技術 將傳統(tǒng)的電爐橫臂 和導線合為一體 ,使之既起支撐電極作用 ,又起導電作用的新型橫臂。 3) 高的電效率和熱效率 。80 年代后期，電弧爐偏重于提高質量，縮短冶煉周期，降低能耗，環(huán)境友好。 據統(tǒng)計 [3],1990 年至 1999 年我國新建設 60～150 t 電弧爐 19 座 ,總容量為 1 645 t 。 本 科 畢 業(yè) 設 計 第 1 頁 共 52 頁 1 引言 電弧爐是以電弧為主要熱源的電爐。目前 ,我國投入運行的 50 t 以上電弧爐有 39 座 ,其中單爐出鋼量 100 t 以上的電弧爐有 10 座。 [6] 1． 2 國內外電弧爐技術的發(fā)展 超高功率電弧爐技術 1964 年 ,美國 Schwabe 和 Robinson 提出了超高功率的概念。 4) 低的電弧爐短網電阻和電抗 ,且短網電抗平衡。 本 科 畢 業(yè) 設 計 第 2 頁 共 52 頁 電弧爐電極自動控制技術 電弧爐是以電能為主要熱源的冶煉裝備 ,電極調節(jié)系統(tǒng)是電弧爐煉鋼過程不可缺少的基本裝備 ,電極控制系統(tǒng)先后有以下幾代形式 :機械控制、液壓控制、液壓 — 氣動聯合控制、電極自動調節(jié)器、微機控制及神經網絡。大型可控直流電源和爐底電極是直流煉鋼電弧爐最關鍵的技術。 4) 縮短冶煉時間 ,可降低熔煉單位電耗 5 %～ 10 %。 電爐煉鋼余熱利用技術 1) 物理余熱利用 — —— 廢鋼預熱 從廢鋼預熱技術的預熱種類來看 ,有料籃式、雙爐式、豎爐型、多級豎爐式、中心裝入移動豎爐式等。 強化供氧技術 近代電弧爐煉鋼大量使用氧氣 ,有的甚至達到 45 m3/ t ,冶煉周期可縮短至 40～ 60 本 科 畢 業(yè) 設 計 第 3 頁 共 52 頁 min。 本設計根據煉鋼工藝要求，將交流調速 技術和單片機技術結合應用于電弧爐電氣控制中。由此，力矩式電動機可以在 1～ 50Hz 范圍內連續(xù)調速，閉環(huán)精度可達 %，并且采用 SA4828 等集成模塊大大簡化電極調節(jié)器系統(tǒng) ]12[ 。dU 〈 0，電動機上升 ]12,11[ 。本設計顯示實際電極電弧的電壓值和電流值。單片機通過顯示芯片 MAX7219可以實時的顯示當前電弧電流和電壓值。 本 科 畢 業(yè) 設 計 第 6 頁 共 52 頁 圖 系統(tǒng)硬件組成框圖 信號測量與給定環(huán)節(jié) 信號選取的理論依據 信號選取通常有四種形式 1. 取電弧電流信號 ， 即電流控制 2. 取電弧電壓信號 ， 即電壓控制 3. 取弧流和弧壓的差值 ， 即差值控制 4. 取弧流和弧壓的乘積 ， 即功率控制 目前 ， 可控硅 電極調節(jié) 器多采用差值控制，因此本設計也采取差值控制，這是因為煉鋼過程中，電弧在大電流系統(tǒng)中把電能轉化成熱能它的作用相當于一電阻，那么就可以用弧壓和弧流的比值恒定即可維持電弧等效電阻，從而維持弧長恒定，目前可控硅電極調節(jié)器都采用差值控制就是基于這種原理。 電弧電極調節(jié)器的測量環(huán)節(jié)原理 如圖 ，本系統(tǒng)采用平衡測量電路。 由于電流互感器 LHQ和電流信號變壓器 1B 的鐵心均不飽和，所以電流信號回路負載電路 1R 上的電壓降 1RU 正比例于電弧電流 hI ，即 1RU 與電弧電流 hI 呈線性關系，如圖 所示。為了保證這一要求，在電爐變壓器二次電壓變換時，降壓電阻 R的組織必須跟著調整。在 P 點 1RU ＝ 2RU ， pU ＝ 1RU －2RU =0，所以測量環(huán)節(jié)無輸出。如在繼續(xù)抬高電極，則電弧熄滅。 測量環(huán)節(jié)主要參數計算及元件選型 a) 電壓信 號變壓器 由設計任務書可知，電弧爐副邊電壓為 380V， 220V 兩擋電壓?？扇‰娏餍盘栕儔浩鞲边呺妷簽?10V，額定電流為 1A。 若 A 相短 路時，由如圖 所示的電路單相運行時的電壓和電流向量圖可以看出aI =3 hI ， bI =cI = 3 hI ， aU =0， bU = cU = 3 hU 相應這些值也加于電壓測量回路中，電壓信號變壓器原邊電壓也增高至 3 倍，即弧壓信號（或正比于弧壓測量回路電流信號）增高至 3 倍，因為 bI =cI = 3 hI ，顯然 B相和 C 相的電弧電流信 號也增高 3 倍，即弧流測量回路的比較電流信號（或正比于弧流信號）增高 3 倍， B 相 C 相的測量比較環(huán)節(jié)無輸出電壓，可見一相處于短路狀態(tài)是電爐做對稱運行中最惡劣的狀態(tài)，三相電流同時增加，而 B相和 C 相測量比較環(huán)節(jié)無任何電壓輸出，去起動調節(jié)器去消除短路狀態(tài)，這樣往往造成高壓開關跳閘。在單電源 + 5V 供電時 ， MAX155 可工作于單極或雙極性、單端或差分等形式的轉換電路中。 MAX155 還具有電路簡單、接口方便、同時采樣、造價低、轉換快等明顯優(yōu)點 ， 是構成相位靈敏的數據采集系統(tǒng)的首選方案。 Vss 接地 ， + 5V 單電源工作 ， 可工作在單 / 雙極性狀態(tài) ， 進行單端或差分轉換 ； Vss 接 5V ， 177。 表 多路選擇器結構 引腳 輸入 功能 D0～ D2/ A0～ A2 0 或 1 A0～ A2 針對不同的結構選擇多路選擇器通道 ， 或選擇 ADC RAM地址 D3/ PD 0 正常工作 1 功率下降模式 D4/ INH 0 WR 變高時 ， 轉換開始 1 WR 變 高時 ， 禁止轉換 ， 將轉換類型控制字裝載到結構寄存器 ， 選定多路選擇器結構 D5/ BIP 0 對由 A0～ A2 指定的通道進行單極性轉換 ， 輸入范圍 0～VREF 1 對由 A0～ A2 指定的通道進行雙極性轉換 ， 輸入范圍 VREF～ + VREF 本 科 畢 業(yè) 設 計 第 15 頁 共 52 頁 引腳 輸入 功能 D6/ DIFF 0 A0～ A2 指定的通道構成單端結構 1 A0～ A2 指定的通道構成差分結構 D7/ ALL 0 對構造好的所有通道進行轉換 ， 在連續(xù)的 RD 脈沖作用下從構造好的最低通道開始讀數據 1 僅對 A0～ A2 指定的通道轉換 ， 一個單獨的 RD 脈沖讀轉換結果 MAX155 的主要性能特點 a) 最高輸入頻率為 5MHz， 此時每通道的轉換時間為 s； b) 單極性或雙極性輸入； c) 單端輸入或差動輸入； d) +15 V 內部參考電壓； e) 單極性 + 5 V 或雙極性177。由于本