基于PIC单片机的AGC控制系统设计摘要：设计了以PIC24HJ256GP610为核心器件的一种简单、经济、可靠的板带轧机AGC控制系统。该系统能够完成现场信号的采集与处理，成本低、抗干扰性好。采用该AGC控制系统能够极大地降低设备更新改造的成本，具有很强的经济效益。关键词：PIC单片机；AGC；接口电路；电平转换中图分类号：TP273文献标识码：ADesignofAGCcontrolsystembasedonPICSingle-chipmicrocomputerAbstract:Designedasimple,economicandreliablestripmillAGCcontrolsystembasedonPIC24HJ256GP610.Thissystemisabletocompleteacquisitionandprocessingofthefieldsignal,andlowcost,goodanti-jamming.TheAGCcontrolsystemcangreatlyreducethecostofupgradingequipment,hasastrongeconomicbenefits.Keywords:PICSingle-chipmicrocomputer;AGC;Interfacecircuits;levelconversion1引言在我国约有4千余台套的板带轧机，其中绝大部分轧机装机水平不高，生产着较为低端的板带产品，这些轧机都面临着改造或更新换代。随着液压伺服控制技术的逐渐成熟，更新换代的轧机大都采用液压缸进行轧辊的压下（推上），由于液压压下（推上）的响应速度极快（几十毫秒），这也要求与之配套的控制设备具有很高的控制速度。采用常规的用于过程控制的PLC难以达到速度要求，一般是在常规PLC之上配备高速闭环模块进行液压缸的闭环控制，使成本急剧增加。经过多年的实践，作者开发了一套基于PIC单片机的板带轧机AGC控制系统，依据一般的板带轧机对控制系统提出的要求设计了相应的硬件与软件。采用该AGC控制系统，极大地降低了设备更新改造的成本。2轧制过程对AGC控制系统的要求2.1轧制过程的主要设备在板带轧机AGC控制系统中，上位机主要是通过外设实现人与AGC控制系统的对话。上位机与下位机通过串口实现通信，互传数据信息。通过上位机监控界面显示各传感器的实时测量值，如轧制压力，轧件入口、出口厚度值，液压缸位移值等，同时接收操作人员输入的初始化参数以及实时指令[1]。AGC控制系统的基本组成如图1所示。图1板带轧机AGC控制系统的基本组成原理框图下位机控制器将输出的控制信号传送给伺服阀线圈，驱动伺服阀来控制液压缸活塞运动。实际的输出由液压缸侧编码器和压力传感器测得，输出值经过相应的信号处理后作为反馈量与给定值比较后得到偏差信号，通过相应控制算法的计算输出控制信号，经功率放大后驱动伺服阀运动，从而使得缸位移值和轧制压力保持与给定值相同[2]2.2对AGC控制系统的要求虽然在不同轧制生产线中工艺流程有所区别，但是AGC系统中下位机控制器的总体配置是基本相同的，本文设计的单片机下位机控制系统的硬件结构图如图2所示。图2AGC控制系统硬件结构图根据AGC控制系统的实际需求，将下位机控制器外围接口定义如下：数字量输入：32路数字量输出：16路模拟量输入：8路模拟量输出：4路绝对值编码器信号输入：4路增量式编码器信号输入：6路3硬件电路设计3.1微处理器选型AGC控制系统中下位机的控制器选用PIC24HJ256GP610，它是美国MicrochipTechnology公司推出的PIC24系列的单片机，是目前市场上使用较多的高性能16位单片机[3]。该芯片有85个可编程数字I/O引脚，运行速度快、功耗小，由于它的高稳定性和性价比被广泛应用于各类控制系统中。本文采用Altera公司的CycloneⅡ系列型号为EP2C8Q208C8N的FPGA作为辅助芯片来完成编码器的数据采集与处理。用FPGA做辅助芯片接收和处理编码器信号与用单片机处理编码器信号相比，具有运算速度快，抗干扰能力强的优点[4]，而且大大节省了单片机的处理单元和I/O口数。3.2AD与DA接口电路设计PIC24HJ256GP610具有2个A/D转换器模块，它具有在CPU休眠时仍然能够正常采样的优点，这种情况下能够实现芯片低功耗运行。本文使用12位配置的A/D转换器，该转换器支持最大500ksps的转换速度[5]。由于工业现场的标准工作电压是-10V~+10V，而单片机的工作电压是0~3.3V，因此需要在单片机接口和现场控制信号间搭建一个电平转换电路，将-10V~+10V的现场电压线性的转换为0~3.3V的单片机可接受的电压。图3电平转换电路本文运用两级运算放大器来搭建电平转换电路，由运放A...