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正文內(nèi)容

基于pid電加熱爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(編輯修改稿)

2025-03-12 06:28 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 mV級的壓差信號,這個壓差信號經(jīng)過運放 LM324放大后輸出期望大小的電壓信號,該信號可直接連 AD轉(zhuǎn)換芯片。差動放大電路中 R3= R R5= R放大倍數(shù)= R5/R3,運放采用單一 5V供電。 設(shè)計及調(diào)試注意點: 1. 同幅度調(diào)整 R1和 R2的電阻值可以改變電橋輸出的壓差大??; 2. 改變 R5/R3的比值即可改變電壓信號的放大倍數(shù),以便滿足設(shè)計者對溫度范圍的要求 8 3. 放大電路必須接成負反饋方式,否則放大電路不能正常工作 。 4. VR2也可為電位器,調(diào) 節(jié)電位器阻值大小可以改變溫度的零點設(shè)定,例如Pt100的零點溫度為 0℃ ,即 0℃ 時電阻為 100Ω,當(dāng)電位器阻值調(diào)至 ,溫度的零點就被設(shè)定在了 25℃ 。測量電位器的阻值時須在沒有接入電路時調(diào)節(jié),這是因為接入電路后測量的電阻值發(fā)生了改變。 5. 理論上,運放輸出的電壓為輸入壓差信號 放大倍數(shù),但實際在電路工作時測量輸出電壓與輸入壓差信號并非這樣的關(guān)系,壓差信號比理論值小很多,實際輸出信號為 : *(RPt100/(R1+RPt100) RVR2/(R1+RVR2)) ( 1) 式中電阻值以電 路工作時量取的為準(zhǔn)。 6. 電橋的正電源必須接穩(wěn)定的參考基準(zhǔn),因為如果直接 VCC的話,當(dāng)網(wǎng)壓波動造成 VCC發(fā)生波動時,運放輸出的信號也會發(fā)生改變,此時再到以 VCC未發(fā)生波動時建立的溫度 電阻表中查表求值時就不準(zhǔn)確。 驅(qū)動執(zhí)行部分 硬件輸出通道主要包括加熱電阻的控制環(huán)節(jié),而此控制環(huán)節(jié)的核心是雙向可控硅,但電路的關(guān)鍵是設(shè)計雙向可控硅的驅(qū)動電路。雙向可控硅的通斷直接決定加熱電阻的工作與不工作,本部分用帶過零觸發(fā)的光耦 MOC3061 來驅(qū)動。 ( 1) 光耦驅(qū)動電路 在驅(qū)動電路中,由于是弱電控制強電,而弱電又很容 易受到強電的干擾,影響系統(tǒng)的工作效率和實時性,甚至燒毀整個系統(tǒng),導(dǎo)致不可挽回的后果,因此必須要加入抗干擾措施,將強弱電隔離。光耦合器是靠光傳送信號,切斷了各部件之間地線的聯(lián)系,從根本上對強弱電進行隔離,從而可以有效地抑制掉干擾信號。此外,光耦合器提供了較好的帶寬,較低的輸入失調(diào)漂移和增益溫度系數(shù)。因此,能夠較好地滿足信號傳輸速度的要求,且光耦合器非常容易得到觸發(fā)脈沖,具有可靠、體積小、等特點。所以在本系統(tǒng)設(shè)計中采用了帶過零檢測的光電隔離器MOC3061,用來驅(qū)動雙向可控硅并隔離控制回路和主回路。 MOC3061 是一片把過零檢測和光耦雙向可控硅集成在一起的芯片。其輸出端的額定電壓是 400V,最大重復(fù)浪涌電流為 ,最大電壓上升率 dv/dt 為 1000v/us,輸入輸出隔離電壓為 7500V,輸入控制電流為 15mA。 在圖 22 驅(qū)動執(zhí)行電路中,當(dāng)單片機的 、 、 發(fā)出邏輯數(shù)字量為 9 高電平時,經(jīng)過三極管放大后驅(qū)動光耦合器的放光二極管, MOC3061 的輸入端導(dǎo)通,有大約 15mA 的電流輸入。當(dāng) MOC306 的輸出端 6 腳和 4 腳尖電壓稍稍過零時,光耦內(nèi)部雙向可控硅即可導(dǎo)通,提供一個觸發(fā)信號給外部晶閘管使 其導(dǎo)通;當(dāng) 、 、 為低電平時, MOC3061 截止,雙向可控硅始終處于截止?fàn)顟B(tài)。 ( 2) 驅(qū)動電路有關(guān)元件的選擇 R25, C10 組成吸收電路,并接在雙向可控硅的兩極之間。吸收回路組成緩沖器。有了吸收回路,可控硅通斷過程中電源電壓的變化率受到 R25, C10 的限制。 R25 可以抑制雙向可控硅通斷時產(chǎn)生的浪涌電流。 R25 和 C10 根據(jù)經(jīng)驗公式選,一般 C10 取 ~, R25 取幾歐到幾十歐,本電路中 R25 取 39 歐, C10取 uF。 R27 為限流電阻,用來限制 MOC3061 的輸出驅(qū)動電 流,其數(shù)值為電源電壓峰值除以雙向可控硅的允許重復(fù)電流。在本電路中 R27 取 300 歐。 R26:由于 MOC3061在輸出關(guān)斷狀態(tài)下也有小于或等于 500mA的輸出電流,所以加入 R26 分流消除這個電流對雙向可控硅的影響,以防止雙向可控硅誤觸發(fā),提高了系統(tǒng)的可靠性。 在此電路中可以看出單片機的輸出通道采用了 MOC3061進行驅(qū)動有以下優(yōu)點: ??捎?SETB 或 CLR 指令直接控制 、 、 以控制加熱電阻的工作與否。 由于采用了過零觸發(fā)電路大大簡化了雙向可控硅的觸發(fā)電路,把 SCR 一向控制變?yōu)閷嵱玫臄?shù)字脈沖控制。 與雙向可控硅實際組成了一個固態(tài)繼電器,實現(xiàn)了無觸電控制。 ,防止了射電干擾。 、 、 口直接控制雙向可控硅,省去了的 D/A 轉(zhuǎn)換電路,簡化了接口電路。 ( 3) 雙向可控硅電路 這種可控硅具有雙向?qū)üδ埽诮涣麟姷恼摪胫芏伎梢詫?dǎo)通。其英文名 10 TRIAC 即三級交流開關(guān)的意思,并把它的兩極稱為 MT1 和 MT2,其電路符合如圖所示。 雙向可控硅的通斷情況由控制極柵極( G)決 定,當(dāng)柵極無信號時 MT1 和MT2 成高阻態(tài),管截止;而當(dāng) MT1 與 MT2 之間加一個閾值電壓(一般大于 )的電壓時,就可以利用控制極柵極電壓來使可控硅導(dǎo)通。但需要注意的是,當(dāng)雙向可控硅接感性負載時,電流和電壓之間有一定的相位差。在電流為零時,反向電壓可能不為零,且超過轉(zhuǎn)換電壓,使管子反向?qū)?,故要管子能承受這種反向電壓,并在回路中加入 RC 網(wǎng)絡(luò)加以吸收。 控制雙向可控硅從高阻態(tài)(阻斷區(qū))轉(zhuǎn)換到低阻態(tài)(導(dǎo)通區(qū))可以用不同的方式實現(xiàn)。相應(yīng)的分為四種方式: ( 1) MT1 相對于 MT2 為正,控制脈沖電壓 Ug 相對 于 MT1 為正 ( 2) MT1 相對于 MT2 為負,控制脈沖電壓 Ug 相對于 MT1 為負 ( 3) MT1 相對于 MT2 為正,控制脈沖電壓 Ug 相對于 MT1 為負 ( 4) MT1 相對于 MT2 為負,控制脈沖電壓 Ug 相對于 MT1 為正 雙向可控硅通常工作在控制方式( 1)和控制方式( 2)。在這兩種控制方式下,控制靈敏度特別高。另外兩種控制方式下,要求高一倍的觸發(fā)電流。在本設(shè)計中,選擇了控制方式( 1)和( 2)。
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