【摘要】：本文简介热处理加热炉智能模糊控制系统的组成与工作原理，深入研究了以80C196 单片机为核心的下位机的可靠性问题，并针对系统调试中存在的问题，提出了相应的解决方案。系统的实际运行结果表明，本系统控制方案合理，长期工作稳定可靠，控制算法先进，跟踪性能好。 W1WW_P4LCJS_COM－PLC－技.术_网
关键词：热处理加热炉，微控制器 可靠性 看门狗 WWcW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
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1． 引言 WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网
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热处理是一种改善金属材料及其制品（如机器零件，工具等）性能的工艺。根据不同的目的，将材料及其制品加热到适宜的温度，保温，随后用不同方法冷却，改变其内部组织（有时仅表面组织改变或表面成分改变），以获得所要求的性能。热处理是提高金属材料及其制品质量的重要手段。近年来，随着工业的发展，对金属材料的性能提出了更多更高的要求，因而热处理技术也向着优质、高效、节能和无公害的方向迅速发展。 W1WW_P4LCJS_COM－PLC－技.术_网
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热处理加热炉是一种具有纯滞后的大惯性系统，开关炉门、加热材料、环境温度以及电网电压等都影响控制过程，基于精确数学模型的常规控制难以保证加热工艺曲线要求。它不是一般的电阻炉，它要求按照严格的温度曲线来加热，要求具有掉电保护功能。 WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网
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为了改善和提高热处理性能检验的水平，本文采用两级计算机控制系统（上位机为工控机，下位机为自行开发的单片机智能控制器），以实现以下主要技术指标：系统控温采用智能算法，控制精度４‰；热偶信号(mv)直接进入下位机进行处理；下位机能保存一天的数据，每分钟保存一个数据；上位机在windows98 环境下开发应用程序，可分时监控多台下位机；上位机可实现温度设定曲线和温度实时曲线以不同颜色同时显示，曲线全部显示/部分显示可选；上位机管理各种数据，如温度、操作者、材料等，数据保存时间为1 年以上，能对历史数据方便地查询、打印等；采用过零触发和通断率控制，以防止电流冲击和高次谐波对电网的影响，并提高功率因数；I/O 信号采用电位隔离，提高工作可靠性。 plcjs.技.术_网
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2．系统整体设计 WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网
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本系统主要完成数据采集、数据显示、炉温控制、上下位机通信、数据库的管理、事故检测及故障处理与报警等功能。系统上位机为586 工控机，在windows98 环境下开发DELPHI 应用程序；下位机为自行研制的单片机智能控制器，采用规则自寻优模糊控制算法进行过程控制；上下位机采用485 半双工通讯；热处理炉主回路采用双向可控硅控制；双向可控硅的触发采用过零触发器触发，下位机输出通断率控制信号，产生双向可控硅的过零触发脉冲。系统整体结构如图1 所示。P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
3．系统调试中存在的主要问题与解决方案 WWW_PLC※JS_COM－PmLC－技.术_网
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本系统的控制对象是9 台热处理炉，集中在一间房间，控制室在房子的一角，系统上、下位机都集中在此，每台热处理炉的热电偶线、主回路线都通过电缆沟引入到控制室内。本系统在现场安装调试过程中，出现了一些在实验室调试中没有遇到的问题，如程序的“乱飞”和死循环、掉电保护、上下位机通信出错等，我们都采取了相应的措施，现分述如下。 WW.W_PLC※JS_C,OM－PL,C－技.术_网
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3.1 程序的“乱飞” plcjs.技.术_网
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本系统程序有时由于外界的干扰而发生程序“乱飞”，我们采用了指令冗余和软件陷阱技术，经实际运行验证，效果很好。 WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网
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具体作法是：在下位机的程序编写中，（1）在双字节指令和3 字节指令之后插入两个单字节NOP 指令，以保证其后的指令不被拆散，因为“乱飞”的程序即使落到操作数上，由于两个空操作指令NOP的存在，不会将其后的指令当操作数执行，从而使程序纳入正轨；（2）在对程序流向起决定作用的指令(如RET、RETI、ACALL、LCALL、LJMP、JZ、JNZ、JC、JNC、JNZ 等)和某些对系统工作状态起重要作用的指令(如SETB、EA 等)之前插入两条NOP 指令及重复写上这些指令，可保证乱飞程序迅速纳入轨道，确保这些指令正确执行。[1> WWW.PLCJS.COM——可编程控制器技术门户
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考虑到当乱飞程序进入非程序区(如EPROM 未使用的空间)或表格区时，采用冗余指令使程序入轨条件便不满足，我们采用如下形式设定了软件陷阱，拦截乱飞程序，将其迅速引向一个指定位置，在那里有一段专门对程序运行出错进行处理的程序。 W1WW_P4LCJS_COM－PLC－技.术_网
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NOP WWW_PLC※JS_COM－PmLC－技.术_网
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LJMP 0000H WWW_PLCJS※COM－PLC－技×术_网(可编程控※制器技术门户)
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而相应的入口形式为： 0000H：LJMP MAIN；运行程序 plcjs.技.术_网
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3.2 程序的死循环 WWcW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
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为使失控的程序摆脱“死循环”的困境，通常采用程序监视技术，又称“看门狗”技术(WatchDog)。测控系统的应用程序往往采用循环运行方式，每一次循环的时间即为系统的控制周期。“看门狗”技术就是不断监视程序循环运行时间，若发现时间超过已知的控制周期时间，则认为系统陷入了“死循环”，然后强迫程序返回到0000H 入口，在0000H 处安排一段出错处理程序，使系统运行纳入正轨。 WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户)
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考虑到系统的控制对象的外界干扰很多，我们采用软、硬件结合的“看门狗”技术。硬件“看门狗”技术能有效监视程序陷入死循环故障，但对中断关闭故障无能为力；软件“看门狗”技术对高级中断服务程序陷入死循环无能为力，但能监视全部中断关闭的故障。两者结合起来，可以取长补短，获得良好的效果。WW.W_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
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硬件看门狗芯片采用X25043，它把三种常用的功能：看门狗定时器，电压监控和E2PROM 组合在单个封装之内。其主要特点为：可编程操作；1MHZ 的时钟频率；低功耗CMOS工艺，工作电流很小（3mA），备用工作方式下电流更低（10μA）；电源电压范围宽（2.7~5.5V）；内设上电/掉电保护；高可靠，数据保存期为100 年；具有512× 8 位串行E2PROM；X25043 为RESET 复位控制，低电平有效。管脚图如图2 所示。X25043 与微处理器的接口电路图如图3 示，数据和控制命令是通过CPU 的I/O 口串行传输的。要注意的是监控预置时间（看门狗超时周期）要选择适当，不能过短。P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
软件看门狗方案为：在HSO时中断设置一计数单元，其计数值在主程序中设置，每执行一次HSO 中断，计数单元减“1”，若减“1”计数结果为“0”，则转到主程序入口，执行初始化程序，同时计数单元不立即恢复计数值，而由主程序再次送计数值。 WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网
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3.3 故障的自动恢复处理（包括掉电保护） ——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
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我们采用了指令冗余、软件陷阱和“看门狗”技术，使系统尽快摆脱失控状态而转到初始入口0000H。由于系统的控制对象的特殊性（热处理加热炉），程序转入0000H 后，控制过程并不是要求从头开始，而是要求转入相应的控制模块，以保证完整的加热曲线。程序乱飞期间，很有可能破坏内RAM 和外RAM 中存储的一些重要信息，因此还必须经检查之后方可使用。程序转入0000H 有两种方式，一种是上电复位，一种是故障复位(如“看门狗”电路复位)，这两种入口方式也要加以区分。此外，复位可由单片机RESET 端为高电平方式，称为硬件复位；若在RESET 为低电平情况下，由软件控制转到0000H，称为软件复位。 WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户)
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针对这种情况，我们在编写程序时进行了处理，完善了自动恢复处理功能。图4 是实现此功能的程序设计流程图。WWW_P※LCJS_COM－PLC－)技.术_网
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在本控制系统中，要求生产工艺有严格的逻辑顺序性，当程序失控后，不允许从整个控制程序的入口处从头执行控制程序，而应从失控的那个程序模块恢复执行。而我们的主程序是由若干个小的功能模块组成，每个功能模块入口都设置了一个标志。系统故障复位后，就可根据这些标志选择进入相应的功能模块。例如，系统有两个功能模块1#、2#，每个功能模块入口处先执行写入标志操作。为了防止程序失控后破坏相应RAM 单元，是用的数据冗余保护与纠错方法。系统故障复位后，在出错处理程序中首先检查和恢复RAM 中的数据，再根据标志来确定进入对应的模块入口。由于故障而进入0000H 后，系统要执行上电标志判定、RAM 数据检查与恢复、清中断标志等一系列操作，然后根据功能模块的运行标志，确定入口地址。 WWW_P※LCJS_COM－PLC－)技.术_网