随着近代超大规模集成电路的出现,单片机及其外围芯片和由单片机控制的电渣炉系统有了迅猛发展。在电渣熔铸过程中,对熔铸质量、消耗的电能和生产效率影响最大的环节是对电极的控制。同时,为了提高冶金自动化水平,减轻工人的劳动强度,提高产品质量、节约能源、提高经济效益和使得产品在现性好,我们采用单片机控制电渣炉运行。电渣重熔的主要目的是提纯金属,并获得结晶均匀致密的钢锭,从而获得质量很高的合金钢。电渣炉重熔技术的基本工作原理是把用普通方法生产的金属自耗电极插入起精炼作用的熔融渣层,接通电源,则电流由电极通到渣池,在电流通过渣池时放出的热量使电极融化。电极金属液滴降落到渣池底部,形成金属熔池,而金属熔池在水冷金属结晶器中则不断由下向上凝结,从而形成钢锭。电渣重熔是二次精炼技术。按照项目要求,我们研究并设计了电渣炉单片机控制系统,用计算机实现电渣重熔的全程控制。计算机可把炉子的参数、需要熔炼的钢种、钢锭以及实际操作参数全部储存到计算机中去。当准备好电极之后,给与启动命令,重熔、填充等都可以在计算机控制下完成,计算机执行的情况全部在操作屏上显示,必要时可实现人工干预。熔炼完成后,计算机存储熔炼参数,以便日后调阅、修改,并打印熔炼报表,整个熔炼过程几乎实现无人操作。该系统的主要功能:自由设定生产纪录时间;选择结晶器形状(钢锭形状);设定抽锭间隔重量;自动控制冶炼电流、电压的稳定性;故障定位报警;自耗电极自动升降;自动抽锭。本系统是一个以8751单片机为核心,同时配置相应的外围接口电路,应用汇编语言开发的电渣炉单片机控制系统。系统已印制在四块印刷电路板上,从而可以<WP=84>进行电极控制和抽锭控制。 论文共分7章,可总结为四部分。第1部分:总体介绍系统的设计方案。第1章,阐明了电渣炉单片机控制系统研究的目的及意义,电渣重熔技术的概念、原理及发展史。由于电渣炉单片机控制系统是一个典型的单片机应用系统,因此本章对单片机控制系统的概念作了详细介绍。第2章,根据系统功能要求,进行总体方案论证。本章主要介绍了系统的设计环境和设计方案以及所用的各个芯片,例如:单片机(8751)、存储器(程序存储器2764及数据存储器6264)、系统的开关量点数(独立式按键、蜂鸣器、工作灯组等)、BCD拨码盘、多路模拟开关(CD4051)、简单I/O接口(74LS373、74LS245、74LS138等)、输入输出通道(打印机、LED显示器、报警器等)、光电隔离器(TLP521-4)、调节电源(1403)、直流电压变换器(7660)、放大器(OP27)等。第2部分:硬件系统的研究和设计。首先介绍硬件系统的设计原则和设计方案。其次是电路系统的设计。然后,根据系统功能要求,进行总体设计。电路系统的总体设计分三部分:主板电路设计;键盘板电路设计;显示板电路设计。主板电路设计:该系统分电极控制和抽锭控制两部分,因此主板电路需要两块,电路以8751单片机为控制核心,从而组成一套典型的控制系统。由于8751单片机本身不带A/D、D/A转换器,故在前向通道和后向通道必须配制A/D、D/A转换电路。前向通道配置了一个A/D转换器ICL7135;后向通道配制了一个D/A转换器DAC1210;人机通道配制了TPμp-16A微型打印机。由于本系统比较复杂,单片机内部功能单元如 ROM、RAM、I/O、定时/计数器等容量不能满足系统的要求,这时需要在片外进行扩展,选取适当的芯片,设计相应的电路。系统选用MCS-51系列8751单片机,而片内ROM和RAM不足以满足系统要求,因此,在既考虑尽可能减少芯片数量,又要考虑性能/价格比,故选择2764、6264分别作为ROM和RAM的扩展。前向通道中的模拟信号输入由CD4051多路转换开关8选1来提供,用以输入电流、电压、电子秤的数值。后向通道通过DAC1210输出信号由OP27放大后接在接口插座上输出。此外,在模拟通道的前向通道和后向通道与主电路之间需要接入光电隔离器(TLP521-4),切断单片机与外设之间的公共地线,以防外部干扰信号及地线环路中产生的噪声电信号通过公共地线,进入单片机系统而影响其正常工作。 <WP=85>键盘板电路设计:由于主板电路分电极控制和抽锭控制两部分(即两块主板),因此键盘板电路有两套。键盘板电路包括两套5个独立式按键开关、BCD拨码盘、蜂鸣器、工组灯组等接口电路。其中5个独立式按键开关是操作功能键,具体设置分别为:K1为复位键、K2为开始键、K3为暂停键、K4为停止键、K5为打印键;BCD拨码盘主要控制抽锭重量、打印采样时间、模式选择等。蜂鸣器电路作为报警控制,用来控制意外事件(例如:死机、打印结束等);工作灯组用来显示工作状态,由LED显示。显示板电路设计:根据系统要求,选用5个LED数码显示器。位选码由74LS138的输出来分时控制,段选码由74LS374控制,从而控制某一位数码管显示相应的数字。第3部分:软件系统的研究和设计。由于软件设计是系统设计中比较重要的一部分,因此,在论文中有比较详细的说明。首先,在本部分给出了8751单片机的资源分配图,考虑到8751单片机通过16位地址线分别对外部64K程序存储器或64K数据存储器寻址,程序存储器用8751的信号控制,而数据存储器则用、信号选通,因此,数据存储器和程序存储器的地址可以完全重叠,均为0000H～