基于PIC單片機的AGC控制系統設計研究

【摘要】本文對基于PIC單片機的AGC控制系統設計進行了分析和研究，采用該控制系統能夠將實時閉環控制以及高速采集AGC現場信號的目標完成，同時還具有較高的可靠性、較好的抗干擾性以及成本低的特點。該AGC系統控制裝置的有效運用同時還可以促進設備改造的成本實現較大程度的降低。

【關鍵詞】PIC單片機；AGC控制系統；設計研究

0.引言

目前我國在鋼鐵自動化方面取得較大成績， 但亦有很多鋼鐵企業因液壓控制技術的提升而面臨響應隨度跟不上的困境。采用PLC及高速閉環模塊的自動化方式可達到要求，但其高成本、高維修費另很多企業望而卻步，難以完成自動化控制的更新換代。本文以16位的PIC單片機做主控制器，開發了一套板帶軋機厚度控制（AGC）系統，具有運行速度快，編程靈活、實用性強、抗干擾強，成本低等特點。

1.AGC 系統整體結構

AGC 系統的基本結構是由軋制力補償閉環、厚度監控、厚度預控以及液壓缸位置閉環（APC）等共同構成的，而AGC 系統的核心部分就是其中的液壓缸位置閉環。下位機控制器在實際AGC系統中的主要功能是對現場傳感器的數據進行采集，這項功能由相應的轉換電路完成，并通過一些控制算法將軋件的具體出口厚度值計算出來，然后通過對伺服閥的驅動控制液壓缸的運動來對其厚度進行調整[1]。

在軋機現場，與數據相關的硬件有：用于測量缸位移、導向輥速度的編碼器、用于測量壓強值的壓力傳感器、測厚儀、操作箱、指示燈、伺服閥、上位機等。相對應的接口電路在AGC系統當中可以被分為五種，也就是編碼器信號輸入端口、控制量的輸出端口（也就是模擬量輸出端口）、模擬量輸入接口、數字量信號的接口、通信接口。

2.PIC 單片機

作為一種對外圍設備進行控制的微控制器，PIC單片機屬于一種CPU，其具備了一定的分散作用。由于自身具備的很多優點，如：精簡指令集的技術、哈佛總線結構、兩級流水線指令結構、寄存器采用RAM結構形式等，PIC系列單片機在醫療儀器、信號處理以及自動化設備當中得到了非常廣泛的運用。本文采用PIC24H系列的PIC24HJ256GP610芯片，共有100個引腳， 256KB的閃存程序存儲器，完全能夠滿足本系統性能需求[2]。

3.輔助芯片FPGA

為了使軋鋼生產線的實際需求得到充分的滿足，AGC系統在板帶軋機當中需要具備較多的外圍接口電路。然而這樣強大的數量資源在現有的處理芯片當中并不具備。所以在對絕對值編碼器以及增量式編碼器的輸入信號進行處理的時候，采用FPGA作為輔助芯片，利用FPGA作為輔助芯片不僅能夠將單片機處理單元以及I/O 接口數節省下來，同時還具備更快的數據處理速度以及更強的可靠性等一系列優勢。

現場可編程門陣列是FPGA的中文名字，屬于一種能夠進行編程的邏輯器件，在對其進行設計的時候，設計者可以以實際系統的要求作為依據，然后再利用對相應器件的編程從而保證邏輯功能的實現。作為一種半定制的專用集成電路，其不僅將定制電路的不足克服了，同時還有效的解決了以往的可編程器件缺少足夠的邏輯門數的缺陷。FPGA具有非常高的集成度，而且體積相對來說比較小，同時其具備的數量龐大的內部資源可以使各種系統的需求得到充分的滿足[3]。

4.模擬量接口電路硬件設計

在實際的工作過程中，AGC系統在進行厚度控制的時候需要對壓力傳感器的信號進行采集，并將其作為反饋量。電流形式是壓力傳感器對模擬量進行輸出的主要形式，所以不能夠在AGC系統當中進行直接輸入。因此必須要將其轉換成能夠使工業滿足的信號0～10V，再由并行12位的模數轉換器MAX197轉換為成數字量，MAX197需要5V工作電壓，而本系統的單片機在數字輸入引腳上的電壓范圍為-0.3V到5.6V，那么MAX197的輸出與單片機可直接相連。

我們前面所提到的計算出來的輥縫值等為模擬量，用于驅動伺服閥來控制液壓缸的抬高與降低，而單片機只能輸出數字量，那么就需要將數字量轉換為模擬量。本系統采用數模轉換器DAC7724，分辨率為12位，可實現4路模擬信號的同時轉換。轉換后的模擬信號由四路運算放大器TL084進行放大從而控制伺服閥驅動。

經實驗數據測量，MAX197及DAC7724測量準確度高，完全滿足AGC系統對精度的要求。

5.數字量接口電路硬件

處于在強電設備形成的電磁環境中的軋鋼現場，由于共地系統總線回流的狀況可能由很多環節的干擾而發生，這樣就會導致邏輯數據的變化，從而嚴重的影響到正常操作以及設備的安全性。在對電路之間電氣進行隔離的時候，利用光電隔離的方法能夠保證抗干擾能力的有效提升。在電隔離的情況下，光電隔離電路可以將光作為對信號進行傳送的媒介，從而隔離輸入以及輸出信號，這樣就對系統噪聲起到了有效的抑制作用，從而將接地回路的干擾消除了，同時使數字信號的準確性得到了保證，在該系統中隔離元件是TLP521-4，作為一種具有四通道的光電耦合器，TLP521-4的輸入輸出隔離很高，同時還具備了補償電壓、電流以及溫度的作用[4]。

6.結語

基于PIC單片機的AGC控制系統具有實用性強、抗干擾性好以及成本低廉的特點，同時電壓轉換電路還具有轉換精度高以及電路簡單的特性，由于具有很高的可移植性，所以在其他的開發系統中也得到了廣泛應用。

參考文獻

[1]車海軍，楊文蜻，楊景明，等.基于FPGA的AGc系統位置檢測接口電路設計[J].電氣應用，2012（24）：32-35.

[2]XIASiqing，GAOHuaiAhighlineariytopeartionaltanseonduetanaeempifieusedonenveoptaeingpoweamplifie[J].ChineseJuonaofEeetonveiees，2012，35（5）：530-534.

[3]胡永紅.基于DPS的機載多功能采集系統設計與實現[J].計算機測量與控制，2009（12）：25-7.

[4]梁廷魁.RS485串行通訊在自動生產線上的應用[J].數字技術與應用，2012（2）：21-22.