電阻爐智能溫度控制的設計

電阻爐是利用電流使爐內電熱元件或者加熱介質升溫發熱,將 電能轉化成熱能的過程,從而對爐腔內的工件進行加熱,廣泛地應 用于金屬的熱處理、化學藥品的加熱、鋼鐵廠的煉鋼、食品的加工等 領域[1]。電阻爐在加熱的過程中,采用電能的形式進行加熱,具有結 構簡單,沒有噪聲,也不會對室內環境造成污染等特點,并且可以通 過控制電流的大小直接控制爐內的溫度,實現智能控制。

以32位的STM32單片機為基礎,設計出一套快速、精度高 的智能調節電阻爐的溫度控制系統,從而來滿足人工控制的不足, 達到調節電阻爐溫度的目的。

 硬件系統設計

根據實際環境,本設計選用普通的電阻爐為研究對象,其外形 是圓柱體,爐腔內放置加熱元件,并選擇相應的技術指標:電阻爐的 額定功率為2KW,額定電壓為220V,額定溫度為1200℃,主要實現電 阻爐內的溫度控制,其中,包含有溫度測量、溫度顯示、預定溫度、調 節溫度和報警等要求。

上海博迅智能電阻爐采用STM32單片機,采用PID算法對電 阻爐的溫度進行控制和調節,其硬件系統結構如下圖1所示。

圖1硬件系統結構中STM32單片作為主控模塊,是整個溫控系 統的核心電路,對整個電阻爐溫度的智能控制起著決定性作用。其 工作電壓為2-3.6V,可以在-40-85℃的溫度范圍內進行正常的工作,這個溫度范圍基本上滿足大多數工業的要求,并具有低能耗、高 效率等特點,以此得到廣大設計著的青睞。

 溫度電路主要是將測量溫度的模擬量轉化成數字量的電路,是 控制系統中最重要的組成部分之一。傳感器的測量元件一般選用 熱電偶,熱電偶是一種熱電型的溫度傳感器,它能將溫度信號轉化 成毫伏級的模擬電勢信號,從而實現溫度的測量和信號的轉換。

電阻爐的溫度控制器是通過控制加在電阻爐爐絲兩端的電壓 達到控制爐溫的目的。本文設計的電阻爐智能溫度控制器,其執行 元件選用固態繼電器,該固態繼電器由固態電子元器件組成,沒有 觸點的電子開關,僅僅用毫安級的信號就可以控制大功率電路的通 電和斷電。由于不存在機械結構的動作,避免了機械磨損等缺陷,也 不會有噪音等現象的產生,這樣使得其使用壽命較長。