計算機控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

1、 8.1系統(tǒng)設(shè)計的原則與步驟 8.2 系統(tǒng)的工程設(shè)計與實現(xiàn) 8.3 電熱油爐溫度單片機控制系統(tǒng)設(shè)計 8.4角位置伺服系統(tǒng)IPC控制設(shè)計 8.1.1系統(tǒng)設(shè)計的原則 安全可靠 操作維護方便 實時性強 通用性好 經(jīng)濟效益高 工程項目與控制任務(wù)的確定階段 甲方提出任務(wù)委托書 乙方研究任務(wù)委托書 雙方對委托書進行確認性修改 乙方初步進行系統(tǒng)總體方案設(shè)計 乙方進行方案可行性論證 簽訂合同書 工程項目的設(shè)計階段 組建項目研制小組、 系統(tǒng)總體方案的設(shè)計、 方案論證與評審、 硬件和軟件的細化設(shè)計、 硬件和軟件的調(diào)試、 系統(tǒng)的組裝 離線硬件聯(lián)調(diào)離線軟件聯(lián)調(diào)離線硬件軟件統(tǒng)調(diào)考機現(xiàn)場安裝調(diào)試試運行驗收結(jié)束圖8.1離線

2、仿真和調(diào)試階段流程如圖 在線調(diào)試和運行階段 系統(tǒng)離線仿真和調(diào)試后便可進行在線調(diào)試和運行。在線調(diào)試和運行就是將系統(tǒng)和生產(chǎn)過程聯(lián)接在一起，進行現(xiàn)場調(diào)試和運行。盡管離線仿真和調(diào)試工作非常認真、仔細，現(xiàn)場調(diào)試和運行仍可能出現(xiàn)問題，因此必須認真分析加以解決。系統(tǒng)運行正常后，可以再試運行一段時間，即可組織驗收。驗收是系統(tǒng)項目最終完成的標志，應(yīng)由甲方主持乙方參加，雙方協(xié)同辦理。驗收完畢應(yīng)形成驗收文件存檔 。 8.2.1系統(tǒng)總體方案設(shè)計確定系統(tǒng)的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)確定系統(tǒng)的構(gòu)成方式現(xiàn)場設(shè)備選擇確定控制策略和控制算法硬件、軟件功能的劃分其它方面的考慮系統(tǒng)總體方案 系統(tǒng)總體方案 總體設(shè)計后將形成系統(tǒng)的總體方案?？傮w方案確

3、認后，要形成文件，建立總體方案文檔。系統(tǒng)總體文件的內(nèi)容包括： 系統(tǒng)的主要功能、技術(shù)指標、原理性方框圖及文字說明。 控制策略和控制算法，例如PID控制、達林算法、Smith補償控制、最級控制、前饋控制、解耦控制、模糊控制、最優(yōu)控制等。 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)及配置，主要的軟件功能、結(jié)構(gòu)及框圖。 方案比較和選擇。 保證性能指標要求的技術(shù)措施。 抗干擾和可靠性設(shè)計。 機柜或機箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計。 經(jīng)費和進度計劃的安排。 選擇系統(tǒng)的總線和主機機型l 選擇系統(tǒng)的總線l 內(nèi)總線選擇l常用的工業(yè)控制機內(nèi)總線有兩種：PC總線和STD總線。一般常選用PC總線工業(yè)控制機。l 外總線選擇l根據(jù)計算機控制系統(tǒng)的基本類型，如果采用分

4、級控制系統(tǒng)DCS等，必然有通信的問題。l外總線就是計算機與計算機之間、計算機與智能儀器或智能外設(shè)之間進行通信的總線，它包括并行通信總線(IEEE-488)和串行通信總線(RS232C)。另外還有可用來進行遠距離通信、多站點互聯(lián)的通信總線RS422和RS485。 選擇主機機型l在總線式工業(yè)控制機中，有許多機型，都因采用的CPU不同而不同。l以PC總線工業(yè)控制既為例，其CPU有8088、80286、80386、80486、Pentium(586)等多種型號，l內(nèi)存、硬盤、主頻、顯示卡、CRT顯示器也有多種規(guī)格。l設(shè)計人員可根據(jù)要求合理地進行選型 選擇輸入輸出通道模板 數(shù)字量(開關(guān)量)輸入輸出(DI

5、DO)模板 PC總線的并行IO接口模板多種多樣，通?？煞譃門TL電平的DIDO和帶光電隔離的DIDO。通常和工業(yè)控制機共地裝置的接口可以采用TTL電平，而其它裝置與工業(yè)控制機之間則采用光電隔離。對于大容量的DIDO系統(tǒng)，往往選用大容量的TTL電平的DIDO板，而將光電隔離及驅(qū)動功能安排在工業(yè)控制機總線之外的非總線模板上，如繼電器板（包括固體繼電器板）等。 選擇輸入輸出通道模板 模擬量輸入輸出(AIAO)模板 AIAO模板包括AD、DA板及信號調(diào)理電路等。AI模板輸入可能是05V、110V、010mA、420mA以及熱電偶、熱電阻和各種變送器的信號。AO模板輸出可能05V、110V、010mA、

6、420mA等信號。選擇AIAO模板時必須注意分辨率、轉(zhuǎn)換速度、量程范圍等技術(shù)指標。 選擇變送器和執(zhí)行機構(gòu) 選擇要送器 變送器是這樣一種儀表，它能將被測變量（如溫度、壓力、物位、流量、電壓、電流等）轉(zhuǎn)換為可遠傳的統(tǒng)一標準信號(010mA、420mA等)，且輸出信號與被測變量有一定的連續(xù)關(guān)系。在控制系統(tǒng)中其輸出信號被送至工業(yè)控制機進行處理、實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。 DDZ-型變送器輸出的是420mA信號,供電電源為24V(DC)且采用二線制，DDZ-型比DDZ-型變送器性能好,使用方便。DDZ-S系列變送器是在總結(jié)DDZ型變送器的基礎(chǔ)上，吸取了國外同類變送器的先進技術(shù)，采用模擬技術(shù)與數(shù)字技術(shù)相結(jié)合，從而開發(fā)

7、出的新一代變送器?，F(xiàn)場總線儀表也將被推廣應(yīng)用。 常用的變送器有溫度變送器、壓力變送器、液位變送器、差壓變送器、流量變送器、各種電量變送器等。系統(tǒng)設(shè)計人員可根據(jù)被測參數(shù)的種類、量程、被測對象的介質(zhì)類型和環(huán)境來選擇變送器的具體型號。 選擇執(zhí)行機構(gòu) 執(zhí)行機構(gòu)是控制系統(tǒng)中必不可少的組成部分，它的作用是接受計算機發(fā)出的控制信號，并把它轉(zhuǎn)換成調(diào)整機構(gòu)的動作，使生產(chǎn)過程按預(yù)先規(guī)定的要求正常運行。 執(zhí)行機構(gòu)分為氣動、電動、液壓三種類型。氣動執(zhí)行機構(gòu)的持點是結(jié)構(gòu)簡單、價格低、防火防爆；電動執(zhí)行機構(gòu)的持點是體積小、種類多、使用方便；液壓執(zhí)行機構(gòu)的特點是推力大、精度高。常用的執(zhí)行機構(gòu)為氣動和電動兩種。 另外，還有各

8、種有觸點和無觸點開關(guān)，也是執(zhí)行機構(gòu)，實現(xiàn)開關(guān)動作。電磁閥作為一種開關(guān)閥在工業(yè)中也得到了廣泛的應(yīng)用。 在系統(tǒng)中，選樣氣動調(diào)節(jié)閥、電動調(diào)節(jié)閥、電磁閥、有觸點和無觸點開關(guān)之中的哪種，要跟據(jù)系統(tǒng)的要求來確定。但要實現(xiàn)連續(xù)的精確的控制目的，必須選用氣動或電動調(diào)節(jié)閥，對要求不高的控制系統(tǒng)可選用電磁閥。 編程語言選擇 匯編語言 匯編語言是面向具體微處理器的，使用它能夠具體描述控制運算和處理的過程、緊湊地使用內(nèi)存，對內(nèi)存和八)空間的分配比較清楚，能夠充分發(fā)揮硬件的性能，所編軟件運算速度快、實時性好，所以主要用于過程信號的檢測、控制計算和控制輸出的處理。 高級語言 采用高級語言編程的優(yōu)點是編程效率高，不必了解計

9、算機的指令系統(tǒng)和內(nèi)存分配等問題，其計算公式與數(shù)學公式相近等。其缺點是，編制的源程序經(jīng)過編譯后、可執(zhí)行的目標代碼比完成同樣功能的匯編語言的目標代碼長得多，一方面占用內(nèi)存量增多，另一方面使得執(zhí)行時間增加很多，往往難于滿足實時性的要求。 組態(tài)軟件 組態(tài)軟件是一種針對控制系統(tǒng)而設(shè)計的面向問題的高級語言，它為用戶提供了眾多的功能模塊 2數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)規(guī)劃 從數(shù)據(jù)類型：邏輯型和數(shù)值型，但通常將邏輯型數(shù)據(jù)歸到軟件標志中去考慮。 數(shù)值型可分為定點數(shù)和浮點數(shù)。定點數(shù)有直觀、編程簡單、運算速度快的優(yōu)點，其缺點是表示的數(shù)值動態(tài)范圍小，容易溢出。浮點數(shù)則相反，數(shù)值動態(tài)范圍大、相對精度穩(wěn)定、不易溢出，但編程復(fù)雜，運

10、算速度低。 如果某參數(shù)是系列有序數(shù)據(jù)的集合，如采樣信號序列，則不只有數(shù)據(jù)類型問題，還有一個數(shù)據(jù)存放格式問題，即數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)問題。 3資源分配完成數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的規(guī)劃后，便可開始分配系統(tǒng)的資源了。 系統(tǒng)資源包括ROM、RAM、定時器計數(shù)器、個斷源、IO地址等。 ROM資源用來存放程序和表格，IO地址、定時器/計數(shù)器、中斷源在任務(wù)分折時已經(jīng)分配好了。 因此，資源分配的主要工作是RAM資源的分配，RAM資源規(guī)劃好后，應(yīng)列出一張RAM資源的詳細分配清單，作為編程依據(jù) 4實時控制軟件設(shè)計 數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)處理程序 數(shù)據(jù)采集程序主要包括模擬量和數(shù)字量多路信號的采樣、輸入變換、存儲等。數(shù)據(jù)處理程序主要包括數(shù)字

11、濾波程序、線性化處理和非線件補償、標度變換程序、超限報警程序等。 (2)控制算法程序 控制算法程序主要實現(xiàn)控制規(guī)律的計算，產(chǎn)生控制量。其中包括：數(shù)字PID控制算法、大林算法、Smith補償控制算法、最少拍控制算法、串級控制算法、前饋控制算法、解耦控制算法、模糊控制算法、最優(yōu)控制算法等。：實際實現(xiàn)時，可選擇合適的一種或幾種控制算法，來實現(xiàn)控制。 4實時控制軟件設(shè)計 (3)控制量輸出程序 控制量輸出程序?qū)崿F(xiàn)對控制量的處理(上下限和變化率處理)、控制量的變換及輸出，驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)或各種電氣開關(guān)?？刂屏恳舶M量和開關(guān)量輸出兩種。模擬控制量由D/A轉(zhuǎn)換模板輸出，般為標準的010mA(DC)或420mA

12、(DC)信號，該信號驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)如各種調(diào)節(jié)閥。開關(guān)量控制信號驅(qū)動各種電氣開關(guān)。 (4)實時時鐘和中斷處理程序 實時時鐘是計算機控制系統(tǒng)一切與時間有關(guān)過程的運行基礎(chǔ) 實時任務(wù)有兩類：第類是周期性的，如每天固定時間啟動，固定時間撤消的任務(wù)，它的重復(fù)周期是一天。第二類是臨時性任務(wù)，操作者預(yù)定好啟動和撤消時間后由系統(tǒng)時鐘來執(zhí)行，但僅一次有效。 許多實時任務(wù)如采樣用期、定時顯示打印、定時數(shù)據(jù)處理等都必須利用實時時鐘來實現(xiàn)。并由實時中斷服務(wù)程序去執(zhí)行相應(yīng)的動作或處理動作狀態(tài)標志等。 另外，事故報警、掉電檢測及處理、重要的事件處理等功能的實現(xiàn)也常常使用中斷技術(shù)，以便計算機能對事件做出及時處理。事件處理用中斷

13、服務(wù)程序和相應(yīng)的硬件電路來完成。 (5)數(shù)據(jù)管理程序 這部分程序用于生產(chǎn)管理，主要包括畫而顯示、變化趨勢分析、報警記錄、統(tǒng)計報表打印輸出等。 (6)數(shù)據(jù)通信程序 數(shù)據(jù)通信程序主要完成計算機與計算機之間、計算機與智能設(shè)備之間的信息傳遞和交換。這個功能主要在分散型控制系統(tǒng)、分級計算機控制系統(tǒng)、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)等系統(tǒng)中實現(xiàn) 系統(tǒng)的調(diào)試與運行分為離線仿真與調(diào)試階段和在線調(diào)試與運行階段。離線仿真與調(diào)試階段般在實驗室或非工業(yè)現(xiàn)場進行，在線調(diào)試與運行階段是在生產(chǎn)過程工業(yè)現(xiàn)場進行。離線仿真與調(diào)試階段是基礎(chǔ)，是檢查硬件和軟件的整體性能，為現(xiàn)場投運做準備，現(xiàn)場投運是對全系統(tǒng)的實際考驗與檢查。系統(tǒng)調(diào)試的內(nèi)容很豐富，碰到的問

14、題是干變?nèi)f化的，解決的方法也是多種多樣的，并沒有統(tǒng)一的模式。 硬件調(diào)試對于各種標準功能模板，按照說明書檢查主要功能。 在調(diào)試AD和DA模板之前，必須準備好信號源、數(shù)字電壓表、電流表等 利用開關(guān)量輸入和輸出程序來檢查開關(guān)量輸入(DI)和開關(guān)量輸出(DO)模板 硬件調(diào)試還包括現(xiàn)場儀表和執(zhí)行機構(gòu) 如是分級計算機控制系統(tǒng)和分散型控制系統(tǒng)，還要調(diào)試通信功能，驗證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性。 軟件調(diào)試 軟件調(diào)試的順序是子程序、功能模塊和主程序。 般與過程輸入輸出通道無關(guān)的程序，都可用開發(fā)機(仿真器)的調(diào)試程序進行調(diào)試 系統(tǒng)控制模塊的調(diào)試庇分為開環(huán)和閉環(huán)兩種情況進行。開環(huán)調(diào)試是檢查它的階躍響應(yīng)特性，閉環(huán)調(diào)試是檢查它的

15、反饋控制功能 整體調(diào)試的方法是自底向上逐步擴大 系統(tǒng)仿真 在硬件和相軟件分別聯(lián)調(diào)后，必須再進行全系統(tǒng)的硬件、軟件統(tǒng)調(diào)。這次的統(tǒng)調(diào)試驗，就是通常所說的“系統(tǒng)仿真”(也稱為模擬調(diào)試)。 所謂系統(tǒng)仿真，就是應(yīng)用相似原理和類比關(guān)系來研究事物，也就是用模型來代替實際生產(chǎn)過程(即被控對象)進行實驗和研究。 系統(tǒng)仿真有以下三種類型： 全物理仿真(或稱在模擬環(huán)境條件下的全實物仿真)； 半物理仿真(或稱硬件閉路動態(tài)試驗)； 數(shù)字仿真(或稱計算機仿真)?，F(xiàn)場安裝及在線調(diào)試前先要進行下列檢查：l 檢測元件、變送器、顯示儀表、調(diào)節(jié)閥等必須經(jīng)過校驗，保證精確度要求。作為檢查，可進行一些現(xiàn)場校驗。l 各種接線和導(dǎo)管必須經(jīng)

16、過檢查，保證連接正確。例如，孔板的上下引壓導(dǎo)管要與差壓變送器的正負壓輸入端極性一致；熱電偶的正負端與相應(yīng)的補償導(dǎo)線相連接，并與溫度變送器的正負輸入端極性致等。除了極性不得接反以外，對號位置都不應(yīng)接措。l 對在流量中采用隔離液的系統(tǒng)，要在清洗好引壓導(dǎo)管以后。灌入隔離液(封液)。l 檢查調(diào)節(jié)閥能否正確工件。旁路閥及上下游截斷閥關(guān)閉或打開，要搞正確。l 檢查系統(tǒng)的干擾情況和接地情況，如果不符合要求，應(yīng)采取措施。l 對安全防護措施也要檢查。經(jīng)過檢查并已安裝正確后即可進行系統(tǒng)的投運和參數(shù)的整定。投運時應(yīng)先切入手動，等系統(tǒng)運行接近于給定位時再切入自動，并進行參數(shù)的整定。 8.3.1控制任務(wù)與工藝要求 系統(tǒng)

17、概述14567P3反應(yīng)釜2T1T2T3T4T5Y14567P3反應(yīng)釜2T1T2T3T4T5Y序號序號1234567名稱名稱注油泵注油泵膨脹槽膨脹槽電控柜電控柜過濾器過濾器油氣分離器油氣分離器循環(huán)泵循環(huán)泵加熱爐加熱爐T1：出口溫度 T2：入口溫度圖8.3電熱油爐主電路原理圖 設(shè)定出口溫度、實際測量的出口溫度、入口溫度數(shù)碼管顯示 控制循環(huán)泵的運行 控制二路交流接觸器、一路固態(tài)繼電器 九段溫度曲線給定設(shè)置 溫度范圍：0300 供電電壓:三相交流380V 功率：5.6KW電熱油爐溫度的控制，根據(jù)工藝要求不同而有所變化，但大體上可以歸納為以下幾個過程： 自由升溫段，即根據(jù)電阻爐自身的條件，不對升溫速度進

18、行控制的升溫過程。 恒速升溫段，即要求爐溫上升的速度按某一斜率1進行。 保溫段，即要求在某一過程中爐溫基本保持不變。 恒速降溫段，即要求爐溫下降的速度按某一斜率2進行。 自由降溫段，即根據(jù)電阻爐自身的條件，不對降溫速度進行控制的升溫過程。MOPOTT=10%T2VOeTT爐溫變化曲線要求參數(shù)如下：爐溫變化曲線要求參數(shù)如下：過渡過程時間過渡過程時間ta：即從升溫開始到進入保溫段的時間，：即從升溫開始到進入保溫段的時間，ta100min.超調(diào)量超調(diào)量P:即升溫過程的溫度最大值即升溫過程的溫度最大值TM與保溫值與保溫值TO之差與之差與保溫值之比，保溫值之比，靜態(tài)誤差靜態(tài)誤差ev：即當溫度進入保溫段后

19、的實際溫度值：即當溫度進入保溫段后的實際溫度值T與保與保溫值溫值TO之差的絕對值之差的絕對值溫度的變化范圍：溫度的變化范圍：20220，保溫值為，保溫值為200。 系統(tǒng)的基本工作原理AT89S52信號處理電路A/D轉(zhuǎn)換EEPROM固態(tài)繼電器晶閘管三相調(diào)功模塊報警電路顯示、鍵盤入 口 溫度出 口 溫度油泵加熱爐圖8.5 電熱油爐溫度控制系統(tǒng)框圖 電熱油爐溫度自動控制系統(tǒng)采用51系列單片機作為控制器，鉑電阻溫度計作為溫度檢測元件，控制固態(tài)繼電器的導(dǎo)通和斷開時間的長短來控制電熱元件的通電時間來控制導(dǎo)熱油溫度。另外，系統(tǒng)還擴展了數(shù)碼管顯示、鍵盤、報警電路，其系統(tǒng)框圖如圖8.5所示。 通過控制過零觸發(fā)型

20、固態(tài)繼電器的通斷比,來控制輸入到加熱爐的功率,從而達到控制溫度的目的。 固態(tài)繼電器有兩個輸入控制端,另外兩端為輸出控制端,中間利用光電耦合器實現(xiàn)電氣隔離. 輸入端只要很小的輸入電流便能控制它的導(dǎo)通,沒有輸入電流則截止. 與有觸點的繼電器相比,固態(tài)繼電器控制電路簡單、開關(guān)速度快、使用壽命長、沒有噪音等一系列優(yōu)點。 單片機的選擇 選擇AT89S52單片機作為控制系統(tǒng)的核心，AT89S52內(nèi)部有8K的程序儲存器，256字節(jié)的數(shù)據(jù)儲存器，因而無需再擴展儲存器，使系統(tǒng)大大簡化。主要完成溫度的采集、控制、顯示和報警等功能。 數(shù)據(jù)儲存器擴展 設(shè)定的溫度曲線需要長期保存，擴展一片串行EEPROM AT24C2

21、56來保存設(shè)定的溫度曲線 傳感器的選擇 目前在溫度測量領(lǐng)域內(nèi)，除了廣泛使用熱電偶以外，電阻溫度計也得到了廣泛的應(yīng)用，尤其工業(yè)生產(chǎn)中120500范圍內(nèi)的溫度測量常常使用電阻溫度計。 本例中采用鉑電阻來測量溫度，其分度號為，電阻的初值為，溫度每升高一度，鉑電阻的阻值約增加。 圖圖8.6 鉑電阻及其信號放大電路圖鉑電阻及其信號放大電路圖 測量部分是一個不平衡電橋，鉑電阻與固定電阻組成不平衡電橋的四個橋臂。 為了保證測溫的精度，采用兩次穩(wěn)壓。 在溫度為0時，鉑電阻的阻值，電橋平衡，對角線A、B兩點沒有電壓差； 當溫度變化時，鉑電阻的阻值變?yōu)椋渥兓蹬c溫度成正比，電橋不平衡，使對角線A、B兩點有電壓差

22、，此電壓差送到運算放大器的輸入端，經(jīng)過放大后送到A/D轉(zhuǎn)換芯片。 改變R2*，RL的數(shù)值，可以得到不同的放大系數(shù) EA/VP31X119X218RESET9RD17W R16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10U189S52NC1NC2NC3GND4VCC8TEST7SCL6SDA5U2AT24C256NC1CS2CH03C

23、H14CH25CH36DGND7Vcc14DI13CLK12SART11DO10AGND8REF9U3TLC0834VCCVCCOUTVCCR3R4VCCR5R6L1L2VCCR7VCCY1C230pFC130pFVCCCS1CS2CLKZDIOZKEYINT34U4B74F0412U4A74041234U8SSRR2R1VCCVCC+-U7J1220V溫度的設(shè)定與測量結(jié)果通過鍵盤和數(shù)碼管顯示電路完成。鍵盤顯示電路由ZLG7289A芯片完成。ZLG7289A是廣州周立功單片機發(fā)展有限公司自行設(shè)計的具有SPI串行接口功能的可同時驅(qū)動8位共陰式數(shù)碼管或64只獨立LED的智能顯示驅(qū)動芯片，該芯片同時

24、還可連接多達64鍵的鍵盤矩陣，單片即可完成LED顯示鍵盤接口的全部功能。不需要的按鍵可以不接。ZLG7289A 內(nèi)部含有譯碼器，可直接接受BCD碼或16進制碼，并同時具有2 種譯碼方式。此外還具有多種控制指令如消隱閃爍左移右移段尋址等。ZLG7289A 具有片選信號可方便地實現(xiàn)多于8 位的顯示或多于64 鍵的鍵盤接口。系統(tǒng)中擴展了二片ZLG7289A驅(qū)動12位數(shù)碼管，用來顯示導(dǎo)熱油出口溫度的給定值、出口溫度和入口溫度的測量值。鍵盤由16個鍵組成，其中09數(shù)字鍵用于各種參數(shù)的設(shè)定；6個功能鍵分別是油泵啟動鍵、油泵停止鍵、加熱啟動鍵、加熱停止鍵、設(shè)置鍵、修改鍵。 R TC C1VC C2NC3GN

25、D4NC5C S6C LK7DIO8KEY9SG10SF11SE12SD13SC14SB15SA16DP17DIG018DIG119DIG220DIG321DIG422DIG523DIG624DIG725C LK026R C27R ST28U5ZLG7289AR TC C1VC C2NC3GND4NC5C S6C LK7DIO8KEY9SG10SF11SE12SD13SC14SB15SA16DP17DIG018DIG119DIG220DIG321DIG422DIG523DIG624DIG725C LK026R C27R ST28U6ZLG7289AVC CR 8VC CY2C 630pFC 5

26、30pFR 10R 11R 12R 13R 14R 15R 16R 17270VC CR 18R 19R 20R 21R 22R 23R 24R 25270R 26100KR 27100KR 28100KR 29100KR 30100KR 31100KR 32100KR 33100KS1S2S3S4S5S6S7S8S9S10S11S12S13S14S15S16R 26R 27R ESZLGR ESZLGR CC LK0R CC LK0C S1C S2C LKZDIOZKEYINTC S1C S2C LKZDIOZKEYINTD1D8D9D10D11D12D2 選擇交流接觸器控制循環(huán)泵，晶閘管三

27、相調(diào)功模塊控制加熱元件。三相調(diào)功模塊內(nèi)部含有晶閘管主電路、過零觸發(fā)及控制電路和強弱電隔離電路, 并有1 個5 引腳的控制插口, 由單片機控制其導(dǎo)通和關(guān)斷的時間完成對電熱元件的加熱，達到溫度控制的目的 報警電路由風鳴器和發(fā)光二極管組成，當系統(tǒng)中溫度超限時，燈光報警 數(shù)學模型建立:系統(tǒng)是帶純滯后的一階對象 1SKeW STS72minT 8min330K 通過測量飛升曲線求得的參數(shù)： 根據(jù)溫度變化曲線的要求，可將其分為三段來進行控制：自由升溫段、保溫段和自然降溫段。而真正需要電氣控制的是前面兩個階段，即自由升溫段和保溫段。為避免過沖，從室溫到80%額定溫度為自由升溫段，在20%額定溫度時為保溫段。

28、輸入的電功率為，=0時電功率最小，=1時為全功率。在自由升溫段中，希望升溫越快越好，總是將加熱功率全開，因此得到自由升溫段控制方程：當溫度時，已較接近需要保溫的值，為此采用保溫段控制方程。保溫控制方法有多種，如果采用比例控制，由于電熱元件所加功率的變化和油溫變化之間存在一段時間延遲，因此當以溫差來控制輸出時，系統(tǒng)只有在溫度與給定值相等時才停止輸出。 這時由于油溫變化的延遲性質(zhì)，油溫并不因輸入停止而馬上停止上升，從而超過給定值。滯后時間越大，超過給定值也越大。油溫上升到一定程度后，才開始下降，并下降到小于給定值時系統(tǒng)才重新輸出。同樣，由于油溫變化滯后于輸出，它將繼續(xù)下降，從而造成溫度的上下波動，

29、即所謂的振蕩?？紤]到滯后的影響，調(diào)節(jié)規(guī)律必須加入微分因數(shù)，即PD調(diào)節(jié)。有了PD調(diào)節(jié)，系統(tǒng)輸出不僅取決于溫差的大小，還取決于溫差的變化速率。當油溫從自由升溫段進入保溫段時，油溫還小于給定值，但溫度變化較大，因而系統(tǒng)可以提前減少或停止輸出，使油溫不至于出現(xiàn)過大的超調(diào)。同樣，在降溫過程中也是如此。這樣就改善了油溫調(diào)節(jié)的動態(tài)品質(zhì)。積分作用可以提高溫度控制的靜態(tài)精度，適當選擇積分作用，則可以在不影響動態(tài)性能情況下提高溫度控制的精度。所以保溫段控制最好采用PID控制方法。 PID算法和參數(shù)選定 連續(xù)系統(tǒng)PID校正的控制量P可以表示為 采用離散算法可以表示為（增量式）：01tPDIdEPKETEdtdtT1

30、1122DkkPkkkkkkITTPPkEEEEEETT1/kpokikDikikP K U UK U UT MPKDKM式中：為已知。 數(shù)字控制器的實現(xiàn)數(shù)字控制器的實現(xiàn) 根據(jù)上述連續(xù)系統(tǒng)原理設(shè)計出來的模擬根據(jù)上述連續(xù)系統(tǒng)原理設(shè)計出來的模擬調(diào)節(jié)器，經(jīng)離散化后變成適合于計算機調(diào)節(jié)器，經(jīng)離散化后變成適合于計算機計算的差分方程。根據(jù)差分方程就可以計算的差分方程。根據(jù)差分方程就可以設(shè)計程序流程圖，進行程序設(shè)計。設(shè)計程序流程圖，進行程序設(shè)計。 軟件設(shè)計采用C51語言，模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計。 包括初始化程序、 主程序、 A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)采集程序、 中值濾波程序、 PID控制算法程序、 鍵盤顯示程序等 NN開始上

31、電復(fù)位初始化系統(tǒng)自檢正常？報警調(diào)LED顯示子程序調(diào)鍵盤輸入子程序NNNN設(shè)置參數(shù)啟動油泵停止加熱停止油泵油泵啟動？晶閘管三相調(diào)功模塊導(dǎo)通啟動A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)采樣數(shù)字濾波標度變換溫度顯示溫度超限？全功率輸出溫差10？PID控制調(diào)鍵盤輸入子程序加熱停止鍵？NNNN有鍵按下？設(shè)定鍵？油泵啟動鍵？加熱啟動鍵？加熱停止鍵？油泵停止鍵？ 8.4.1. 系統(tǒng)概述 本系統(tǒng)是三自由度的角位置伺服系統(tǒng)， 要求三個方位均具有精確定位、速率控制、正弦擺動等功能， 可通過串行通訊口接收上位機的控制命令，并實時顯示三方位的角度值。 根據(jù)系統(tǒng)要求，由伺服控制、驅(qū)動電機、被控對象、測角電路構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)性能指標的要求：

32、相角裕度大于50，超調(diào)量小于25%，系統(tǒng)帶寬大于10Hz。控制運算測角電路功放上位機輸入處理輸出處理電機工控機部分被控對象控制運算測角電路功放上位機輸入處理輸出處理電機工控機部分被控對象圖圖8.11 伺服系統(tǒng)組成框圖伺服系統(tǒng)組成框圖 系統(tǒng)的硬件由伺服控制、驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)和反饋環(huán)節(jié)等組成。 驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)采用無刷直流力矩電機，反饋環(huán)節(jié)測角部分選用感應(yīng)同步器。 伺服控制部分采用抗干擾性強的IPC610工控機，全數(shù)字控制，控制算法由軟件實現(xiàn) 數(shù)字量的輸入輸出部分(DIDO)：采用PCL-722并行DIO卡 模擬量的輸出部分(AO)：選用光電隔離型HY-6050板卡。 使用工控機本身的硬件資源COM1或者

33、COM2來實現(xiàn)同上位機的通訊，命令的傳輸通過串行通訊進行。上位機控制到工控機的命令使用串行中斷的方式，在中斷服務(wù)程序中進行數(shù)據(jù)的處理；工控機到上位機的數(shù)據(jù)使用查詢的方式。工 控 機 主 板 ISA、 PCI 總 線模入信號調(diào)理板模擬量輸出板HY-6050顯示器打印機鍵盤伺服放大數(shù)字量輸入輸出板PCI-722串口通信上位機工 控 機 主 板 ISA、 PCI 總 線模入信號調(diào)理板模擬量輸出板HY-6050顯示器打印機鍵盤伺服放大數(shù)字量輸入輸出板PCI-722串口通信上位機圖圖8.12 IPC硬件組成框圖硬件組成框圖 控制軟件分為主程序和中斷服務(wù)子程序兩大部分 主程序主要包括: 初始化程序、 界面

34、操作程序 開始初始化包括初始化PCL722板卡創(chuàng)建保存采集數(shù)據(jù)的文件串口數(shù)據(jù)標志=1顯示采集的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)保存標志=1有按鍵按下報文數(shù)據(jù)處理子程序串口數(shù)據(jù)標志=0保存數(shù)據(jù)子程序數(shù)據(jù)保存標志=0計數(shù)器=0按鍵處理子程序(ESC退出)YYY開中斷初始化串口初始化定時器設(shè)定工作方式圖圖8.13 主主程程序序流流程程圖圖 初始化程序 主要完成各基本功能模塊的設(shè)置。 設(shè)置定時中斷：包括設(shè)置定時中斷的時間常數(shù)、修改中斷向量指向。 設(shè)置串行中斷：串行通訊的數(shù)據(jù)格式，通訊端口，中斷方式時的中斷向量。 創(chuàng)建保存數(shù)據(jù)的文件：在初始化時設(shè)定保存實時采集的角度數(shù)據(jù)的文件，原來存在的進行覆蓋，如果不存在則創(chuàng)建文件。 初始化PCL-722板卡：設(shè)定板卡的基地址，各個通道的工作方式，初始化各個通道的端口。 初始化HY-6050板卡：