引言
電渣重熔是利用電流通過熔渣時(shí)產(chǎn)生的電阻熱作為熱源進(jìn)行熔煉的方法。其目的主要是提純金屬，并獲得結(jié)晶組織均勻致密的鋼錠。雖然目前已有比較先進(jìn)的大型電渣重爐，但這些設(shè)備價(jià)格高、體積大，只適合于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。而目前大部分小型企業(yè)廣泛使用的電渣重爐還是基于繼電器控制的陳舊設(shè)備。這些設(shè)備損耗大、故障多、控制精度不高，嚴(yán)重影響了產(chǎn)品的質(zhì)量。如能對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行改造，既能提高產(chǎn)品質(zhì)量，又能節(jié)約企業(yè)的資金�；谶@個(gè)目的，本文把原來基于繼電器控制的電渣重爐改造成了基于AT89S51單片機(jī)的智能控制系統(tǒng)。

圖1 控制系統(tǒng)電路框圖

圖2 控制系統(tǒng)流程圖

系統(tǒng)控制原理和方法
根據(jù)以往電渣重爐的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)通過熔渣的電流在2800A時(shí)，生產(chǎn)出來的軋輥結(jié)晶組織均勻致密、鑄態(tài)機(jī)械性能好，產(chǎn)品質(zhì)量高。由電渣重爐的工作原理可知，電流的大小由電極和熔渣的接觸面積決定，而接觸面積由電極的進(jìn)給速度決定，因此控制電流的大小，實(shí)際上是控制電極的進(jìn)給速度，也就是控制帶動(dòng)電極進(jìn)給的直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。在實(shí)際工作中每一段電極的橫截面積的大小是不一樣的，為了保證電流的大小不變，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速必須能根據(jù)電極橫截面大小而變化。為了控制的精確性，本系統(tǒng)中選擇電極電流作為控制對(duì)象，通過對(duì)電流的閉環(huán)控制，來保證電流大小的不變。

在控制過程中首先檢測(cè)電流的大小，并與給定電流相比較，當(dāng)給定電流和檢測(cè)電流的偏差在70A之內(nèi)時(shí)，根據(jù)偏差的大小按照一定的算法來輸出一個(gè)電壓，把這個(gè)電壓作為整流裝置觸發(fā)電路的控制電壓，從而通過改變電樞電壓的大小來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而達(dá)到控制電極電流不變的目的。同時(shí)考慮到電機(jī)在運(yùn)行過程中有一定的慣性，為了保證電流偏差不超過100A，當(dāng)檢測(cè)電流大于給定電流70A時(shí)，把觸發(fā)電路的控制電壓變?yōu)榱�，從而切除電樞電壓，電機(jī)在負(fù)載的作用減速運(yùn)行，檢測(cè)電流將迅速降低；當(dāng)給定電流大于檢測(cè)電流70A時(shí)，輸出最大的觸發(fā)電路控制電壓，使電機(jī)全壓運(yùn)行，電極電流將快速上升回2800A。當(dāng)偏差電流在- 70A~+70A內(nèi)時(shí)，系統(tǒng)有很好的控制線性度。

控制電路
本控制電路主要由AT89S51單片機(jī)、AD574模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、AD667數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、給定顯示電路、給定設(shè)置電路和檢測(cè)調(diào)理電路等組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。
AT89S51是整個(gè)系統(tǒng)的核心，在本系統(tǒng)中主要完成檢測(cè)數(shù)據(jù)的處理和控制算法的實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)是一種敏感器件，各種干擾的存在很容易使它產(chǎn)生邏輯錯(cuò)誤，因此，除了對(duì)它提供可靠的電源外，還必須防止生產(chǎn)環(huán)境的干擾。電渣重爐設(shè)備處在一個(gè)高溫、大電流、強(qiáng)電磁干擾工作環(huán)境中，特別是電磁干擾的存在嚴(yán)重影響了單片機(jī)控制電路的工作。為了減小電磁干擾的影響必須對(duì)pcb板進(jìn)行電磁兼容性布線，同時(shí)用電磁屏蔽罩覆蓋單片機(jī)主電路。同時(shí)，為了防止控制程序在執(zhí)行過程中跑飛或進(jìn)入死循環(huán)，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行，還須設(shè)計(jì)一個(gè)可靠的看門狗電路。為此在本系統(tǒng)中，采用了Maxim公司的MAX706看門狗專用芯片，它可以提供至少200ms寬度的復(fù)位脈沖，為使看門狗溢出有效必須把WDO和MR兩個(gè)引腳連接起來，同時(shí)在Vcc與GND之間及PFI與GND之間各加一濾波電容，以有效濾除因空間干擾引起的Vcc與PFI中的尖脈沖。另一方面電源和檢測(cè)調(diào)理電路會(huì)對(duì)以單片機(jī)為主的數(shù)字電路產(chǎn)生很大的干擾，因此本設(shè)計(jì)中把這三個(gè)電路分開單獨(dú)制板。

AD574是12位逐次逼近型快速ADC。本系統(tǒng)采用10V量程、單極性、8位輸出方式。用一片74LS138對(duì)單片機(jī)P2.0、P2.1、P2.2進(jìn)行譯碼，以確定AD574在系統(tǒng)中的地址。把譯碼器的Y0和ADC的片選引腳CS相連。同時(shí)把A0和地址鎖存器74LS373的Q0端相接，用于產(chǎn)生輸出數(shù)據(jù)的高8位和低4位的邏輯信號(hào)。單片機(jī)采用中斷方式獲得ADC的輸出數(shù)據(jù)，并把這些數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到片內(nèi)RAM中以計(jì)算電極電流的有效值。由于電流信號(hào)是50Hz的交流量，而AD574內(nèi)部沒有采樣保持器，所以為了能保證信號(hào)的正常采樣，必須在ADC之前加上采樣保持器。本設(shè)計(jì)采用了高性能的LF398，使LF398的輸出端與AD574的信號(hào)輸入端相接。LF398的工作狀態(tài)由AD574的STS控制：當(dāng)AD574正在轉(zhuǎn)換時(shí)STS=1，經(jīng)反相后使LF3