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1、 内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书（毕业论文）题 目：基于单片机的铝混合炉控制系统的设计学生姓名：XXXXXX 学 号：XXXXX专 业：XXXX 班 级：XXXXX指导教师：XXXXw基于单片机的铝混合炉控制系统的设计摘 要 本文根据电解铝生产厂铸造车间的生产运行现状和用户需求，设计了铝液混合炉自动控制系统，该系统可提供铝液混合炉运行状态自动控制、运行参数显示、产量自动计量、故障报警等功能。论文详细论述了铝液混合炉自动控制系统的技术思路、设计原则、技术瓶颈和解决方法。全文分为硬件开发、温度闭环控制命令算法和软件设计几部分，主要内容如下：硬件组成以STC89C52单片机为核心，包括AD和DA
2、转换电路、LCD显示电路、移相触发控制电路、电机启停控制电路、产品计数电路、键盘电路、报警电路等部分。温度闭环控制的核心算法是以经典的PID运算为基础，并进行了适当的改进。软件部分采用模块化设计思路，重点在程序逻辑图设计，并使用Keil-C语言完成了代码编制。关键词：铝混合炉 单片机 控制 接口The microcontroller control system design of Aluminum mixing vesselAbstractFoundry production of electrolytic aluminum production plant operating status
3、 and user needs, design the mixture of liquid aluminum furnace automatic control system, the system provides automatic control of liquid aluminum hybrid furnace running state, and operating parameter display output of the automated metering, fault alarmfunction.The paper discusses in detail the tech
4、nical idea of the mixed liquid aluminum furnace automatic control system, design principles, technical bottlenecks and solutions. The paper is divided into hardware development, and closed-loop temperature control several parts of the command algorithms and software design, the following major eleme
5、nts:The hardware components STC89C52 microcontroller as the core, including AD and DA conversion circuit, LCD display circuit and phase-shift trigger control circuit, the motor start and stop control circuit, the product count the part of the circuit, keyboard circuit, the alarm circuit. The core te
6、mperature closed-loop control algorithm is based on the classic PID operation based on, and make the appropriate improvements. The software part is modular in design ideas, focus on program logic diagram design, and use the Keil-C language to complete the code preparation.Key words: aluminum mixing
7、vessel MCU control interface目 录基于单片机的铝混合炉控制系统的设计I摘 要IThe microcontroller control system design of Aluminum mixing vesselIIAbstractII第一章 引言11.1 铝混合炉简介11.2 系统工艺过程11.3 铝混合炉控制系统设计目标2本章小节6第二章 铝混合炉控制系统的总体设计72.1 铝混合炉控制系统的组成72.2 铝液温度闭环控制算法72.2.1 PID算法原理和特点72.2.2 比例（P）控制82.2.3 积分（I）控制82.2.4 微分（D）控制82.3 铝混合炉控
8、制系统的采样信号和控制量分析9本章小节：10第三章 铝混合炉控制系统的硬件设计113.1 中央处理单元设计113.1.1 单片机选型依据113.1.2 STC89C52RC单片机简介512113.2 地址空间分配143.3 铝混合炉控制系统信号采样电路的设计153.3.1 温度信号采样电路的设计153.3.2 氮气压力信号采样电路的设计183.4 输入输出端口设计223.4.1 铝混合炉内铝液温度控制信号输出电路的设计223.4.2 产品计数电路的设计253.4.3 LED报警电路的设计273.4.4 系统运行指示灯电路的设计303.5 复位电路303.6 3.6键盘及显示接口电路设计323.
9、6.1 可编程芯片8255A简介323.6.2 显示接口电路323.6.3 键盘电路的设计353.7 时钟电路363.8 执行器控制电路363.8.1 加热装置的电气控制：363.8.2 传送带电机的电气控制383.9 供电电源设计393.10 通信接口403.11 中断系统及其在本设计中的应用41本章小节42第四章 软件设计444.1 主程逻辑框图444.2 中断程序逻辑框图454.3 子程序逻辑框图464.4 程序语言及编程软件49本章小节51结束语52参考文献53附录154附录255致谢73 第一章 引言1.1 铝混合炉简介铝液混合炉是电解铝生产企业的最后一道生产工序。它将不同成分的铝液
10、混合后，经加温、除渣、再用铸造机将其浇铸成铝锭。混合炉内部温度一般需要保持在690740摄氏度，它是铝锭铸造的关键设备，其对铝液温度控制的优劣，直接影响铝锭的铸造质量和生产能耗，在铝工业生产中起着至关重要的作用，因此对其控制技术的研究十分必要。混合炉内要进行对铝液的净化处理，方法是向铝液中通入氮气，使铝液中的氢气及其他杂质被氮气吸附着浮出，进而扒渣，达到净化铝液的目的。1.2 系统工艺过程混合炉生产工艺如图1.0所示图1.0铝混合炉系统工艺流程示意图首先，铝液经过配料后，倒人混合炉中，通过炉内顶部的加热棒加热约3小时，然后人工打开氮气阀门充入氮气，30分钟后铝液中的氢气及其他杂质被氮气吸附，形
11、成浮在表面的炉渣，打开炉门扒除炉渣，之后即可浇铸铝锭。浇铸时，铝液经流槽流入铸模中，流满第一模后，将流槽移向下一个铸模。铸模依次前进，铝液逐渐冷却，当铸模传送一定距离后，铝液已经凝固成铝锭，再经过打号机打号。当铝锭被传送到尾部时，就完全冷却成铝锭，紧接着铸模进行翻转，铝锭便会落到等待接送铝锭的小车上，通过堆垛机进行堆垛和打捆，成品铝锭就形成了。1.3 铝混合炉控制系统设计目标该系统以铸造生产线为监控对象，实现铸造加热炉内铝液温度、浇铸温度、氮气压力等数据的实时采集、处理、显示和控制。铝混合炉控制系统设计目标为： 炉内温度的实时检测、显示和闭环控制（690-710摄氏度）;氮气压力的实时检测，显
12、示;混合炉出口处铝液温度的实时检测和显示;模具传送带上浇铸的铝锭个数的实时统计和显示;温度、压力上、下限报警;提供人机交互功能。1.4铝混合炉控制系统技术综述铝液混合炉系统中要解决好两个重要问题：一个是铝溶体的净化，另一个是铝溶液的温度控制。目前，铝铸造工艺中除去铝溶体中的杂质的方法主要有两种，分别是向铝液中通入氮气和向铝液中通入氯气。例如，中国铝业公司青海分公司采用的除杂方法就是向铝液中通入氮气。通入氮气除杂的原理主要是物理性作用。铝溶体中含有的杂质主要有氢气和少量三氧化二铝，若不能很好除去，则会使生产出的铝锭质地不均匀，表面粗糙，内部有气孔等，严重影响产品的质量。通入铝液中的氮气气泡内部不
13、含氢气，而铝液中含有一定深度的氢气，由于氢气在两者中的分压不同，所以它就会被氮气气泡吸入并被携带浮到铝溶体表面，三氧化二铝也以同样的方式被吸附出来。通入氯气除杂的原理是化学反应，即氯气分别与氢气和铝反应产物为氯化氢和氯化铝，两者在铝混合炉内的温度下均为气体，可自动浮出铝液，达到净化目的。工业上制取氮气的方法是把空气液化，由于各气体的沸点不同，将液化的空气分离即可得到氮气。成本低，无毒无污染。而氯气有都，容易对环境造成污染，且工业上制取氯气的方法是电解饱和食盐水，成本相对高。因此，对产品精度要求不是特别严格的前提下大多采用氮气除杂法。铝生产工艺中对铝溶液温度的控制，目前有多种不同的方法。例如，中
14、国铝业西北铝加工分公司的控制方法为：用K型热电耦测温，测回的铝液温度信号传给无纸记录仪，无纸记录仪把温度记录下来，并转化成标准信号输出到智能型PID控制器，经控制器运算后的输出用来驱动三相调功器，来改变输出电压的占空比，从而控制铝液温度。又如，中国铝业青海分公司第三电解厂对混合炉内铝液温度的控制方法为：用热电耦测温，并将温度信号用CAN总线的网络方式传送给监控机。再经高精度A/D转换后送给单片机。在单片机中生成控制命令，输出控制燃料的流量和供应燃料喷嘴的数量。从而实现对温度的控制。比较两公司的控制方法可知，在温度信号的检测上都采用了热电耦，这是由于环境温度和被测介质温度均很高，其他温度传感器一
15、般无法满足要求。中央处理器采用智能型PID控制器会使电路设计得到简化，但成本增加。热装置上，因为燃料的燃烧可能不充分，所以用电加热比用燃料加热的效率高，且燃料加热易造成污染。以上分析了两个工厂的具体控制技术。对完成本设计而言，核心控制器件有多种选择方案，下面就几种可行方案作比较以确定最终方案。1、工控机缺点：可靠性：由于工控机的主要器件均是工业级的，与单片机相比，抗干扰能力尤其是抗电源的干扰能力有所提高。可扩展性：若要增加功能则需要重新编写相应的程序，然而对工控机进行编程比较复杂，使开发周期有所增加。可维护性：如果工控机发生故障，就很难检测出出现故障的元件，这使得维修周期加长，并且若是非专业人士则一般较难维修。若故障是因为程序设计的不合理而引起的，因缺乏调试工具，则很难找出故障的原因。造价高优点：具备计算机的运算能力和存储容量, 速度块，适用于复杂应用和大量数据处理2。2、可编程控制器（PLC）：优点可靠性：工业级元件，抗干扰能力尤其是抗电源干扰
