聚合反應(yīng)釜溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)(共27頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上聚合反應(yīng)釜溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要聚合反應(yīng)機(jī)理復(fù)雜，是強(qiáng)放熱反應(yīng)，過(guò)程具有大滯后、大慣性、非線性等特性。溫度、壓力、濃度及催化劑的活性與牌號(hào)等都對(duì)化學(xué)平衡產(chǎn)生重要影響。因此，反應(yīng)釜溫度控制的效果將直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量及裝置的正常運(yùn)行，為此將反應(yīng)釜溫度控制回路列為重點(diǎn)監(jiān)控回路，嚴(yán)格將反應(yīng)釜溫度控制在要求范圍內(nèi)。傳統(tǒng)的PID控制是一種基于過(guò)程參數(shù)的控制方法，具有控制原理簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、可靠性高、參數(shù)易調(diào)整等優(yōu)點(diǎn)，但其設(shè)計(jì)依賴于被控對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型，在線整定參數(shù)的能力差，因反應(yīng)釜機(jī)理復(fù)雜，各個(gè)參數(shù)在系統(tǒng)反應(yīng)過(guò)程中時(shí)變。因而采用一般的PID控制器無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)反應(yīng)釜的精確控制。模糊控

2、制和預(yù)測(cè)控制都是對(duì)不確定系統(tǒng)進(jìn)行控制的有效方法。本文將模糊控制和預(yù)測(cè)控制結(jié)合起來(lái)運(yùn)用于聚合反應(yīng)釜溫度控制器的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)以聚合反應(yīng)釜溫度控制系統(tǒng)為中心,從控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)組成、軟件選用到系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。單片機(jī)以其功能強(qiáng)、體積小、可靠性高、造價(jià)低和開(kāi)發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)，成為自動(dòng)化和各個(gè)測(cè)控領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用的器件，在溫度控制系統(tǒng)中，單片機(jī)更是起到了不可替代的核心作用。在工業(yè)生產(chǎn)中，如用于熱處理的加熱爐、用于融化金屬的坩鍋電阻爐等，都用到了電阻加熱的原理。鑒于單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用的廣泛性和優(yōu)越性，溫度控制的重要性，因而設(shè)計(jì)一種較為理想的溫度控制系統(tǒng)是非常有價(jià)值的。本文就是根據(jù)這一思想來(lái)展開(kāi)的。結(jié)果表明預(yù)測(cè)模糊控制作

3、為模糊控制和預(yù)測(cè)控制相結(jié)合的產(chǎn)物該控制方法具有使系統(tǒng)超調(diào)量小、調(diào)整時(shí)間短、對(duì)系統(tǒng)參數(shù)變化和外界干擾有較強(qiáng)的魯棒性等優(yōu)點(diǎn)，是一種提高聚合反應(yīng)釜溫度控制效果的有效方法。關(guān)鍵詞：聚合反應(yīng) ；預(yù)測(cè)控制 ；模糊控制 ；單片機(jī)Summary of polymerization Kettle temperature control system designABSTRACTPolymerization reaction mechanism for complex, is a strong exothermic reaction, process with large time delays, large i

4、nertia, nonlinear and other features. Temperature, pressure, density and chemical equilibrium catalyst activity and grades, and so on have a major impact. Therefore, the effect of the temperature control of reactors will directly affect the normal operation of the quality of the products and equipme

5、nt, for which the reactor temperature control circuit as a key monitoring circuit, strictly within the reactor temperature control requirements. Traditional PID control is a control method based on process parameters, with the control principle of simple, good stability, high reliability, easy param

6、eter adjustment, and other advantages, but its design relies on precise mathematical model of the controlled object, poor online tuning parameters of power, reactor mechanism of complex, individual parameters in the system to time-varying reactions. Thus average PID controller to achieve precise con

7、trol of reactor. Fuzzy control and prediction control are effective methods of control for uncertain systems. This article combines the fuzzy control and prediction control applied to the design of polymerization Kettle temperature controller, design centered on the polymerization Kettle temperature

8、 control systems, hardware system, from the control system design of the software to the system. Monolithic integrated circuit with its powerful, small size, high reliability, low cost and short development cycles, and other advantages, become widely used devices in the field of automation and contr

9、ol, temperature control system, single-chip computer a is at the core has played an irreplaceable role. In industrial production, such as heat treatment furnace, Crucible resistance furnace used for melting metal, are used to the principle of resistance heating. Given the breadth of application of s

10、ingle-chip microcomputer and superiority, the importance of temperature control and temperature control system design of an ideal is a valuable. This article is based on this idea to expand. Results indicate that predictive fuzzy control as a product of the combination of fuzzy control and predictio

11、n control method of the control has a small amount of overshoot the system, adjust the time is short, on the system parameter change and outside interference robustness of strong advantages, is an effective method of improving the effect of polymerization Kettle temperature control.KEYWORDS：Polymeri

12、zingkettle；Predictive control； Fuzzy logic control；temperature control； Single-chip ；目錄專心-專注-專業(yè)第1章 緒論聚合反應(yīng)機(jī)理復(fù)雜，是強(qiáng)放熱反應(yīng)，過(guò)程具有大滯后、大慣性、非線性等特性。溫度、壓力、濃度及催化劑的活性與牌號(hào)等都對(duì)化學(xué)平衡產(chǎn)生重要影響。因此，反應(yīng)釜溫度控制的效果將直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量及裝置的正常運(yùn)行，為此將反應(yīng)釜溫度控制回路列為重點(diǎn)監(jiān)控回路，嚴(yán)格將反應(yīng)釜溫度控制在要求范圍內(nèi)。伴隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,高分子聚合物在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用,同時(shí)也對(duì)聚合物的產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化提出了更高的要求,比如

13、碳纖維的生產(chǎn)研制。在影響聚合反應(yīng)的參數(shù)(如溫度、壓力、流量、速度等)中,最重要的是反應(yīng)器的溫度控制,其控制品質(zhì)直接影響產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量。間歇式反應(yīng)釜具有時(shí)變、非線性、反應(yīng)機(jī)理復(fù)雜等特點(diǎn),一直是過(guò)程控制領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。但單純的經(jīng)典控制理論難以在聚合反應(yīng)釜溫度控制上取得好的控制效果,所以建立起反應(yīng)過(guò)程的數(shù)學(xué)模型并對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行仿真研究,對(duì)于實(shí)現(xiàn)聚合反應(yīng)過(guò)程的先進(jìn)控制具有重要的理論和實(shí)際意義。 本文全面的分析了反應(yīng)釜溫度變化的特點(diǎn)以及控制難點(diǎn),在對(duì)反應(yīng)釜夾套加熱系統(tǒng)的傳熱原理系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上,根據(jù)熱量平衡原理和反應(yīng)釜的熱量傳遞關(guān)系,采用機(jī)理建模和階躍響應(yīng)曲線方法建立了釜內(nèi)溫度的數(shù)學(xué)模型,并利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

14、和理論分析驗(yàn)證了模型的有效性。 在算法研究方面,參閱了大量的中外文獻(xiàn)并結(jié)合實(shí)際控制要求的基礎(chǔ)上,提出了基于模糊控制的間歇反應(yīng)溫度控制系統(tǒng),設(shè)計(jì)了模糊PID自整定控制器,給出了詳細(xì)分析步驟和控制算法研究。同時(shí)把常規(guī)PID控制和模糊PID自整定控制策略進(jìn)行比較論證、仿真分析和研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,與常規(guī)的PID控制方案相比,該方案提高了系統(tǒng)的魯棒性和適應(yīng)性,較好的解決了反應(yīng)釜溫度控制的難題,對(duì)其它類似的被控對(duì)象的控制問(wèn)題有一定的參考價(jià)值。1.1國(guó)內(nèi)研究發(fā)展現(xiàn)狀1.1.1研究現(xiàn)狀自上個(gè)世紀(jì)70年代以來(lái)，由于工業(yè)過(guò)程控制的需要，特別在微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的突飛猛進(jìn)發(fā)展以后及自動(dòng)化控制理論和設(shè)計(jì)方法的推

15、動(dòng)下，國(guó)外溫度控制系統(tǒng)發(fā)展迅速并在智能化、自適應(yīng)、參數(shù)自整定等發(fā)面取得成果，在這方面，一日本、美國(guó)、德國(guó)、瑞典等國(guó)技術(shù)領(lǐng)先，都生產(chǎn)出了一批商品化的、性能優(yōu)異的溫度控制器及儀器儀表，并在各行各業(yè)廣泛應(yīng)用。它們主要具有以下的特點(diǎn)：（1）適用于大慣性、大滯后等復(fù)雜溫度控制系統(tǒng)的控制。（2）能夠使用于受控系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型難以建立的溫度控制系統(tǒng)的控制。（3）能夠適應(yīng)于受控系統(tǒng)過(guò)程復(fù)雜、參數(shù)時(shí)變的溫度控制系統(tǒng)。（4）這些溫度控制系統(tǒng)普遍采用自適應(yīng)控制、自校正控制、模糊控制、人工智能等理論及計(jì)算機(jī)技術(shù)，運(yùn)用先進(jìn)的算法，適應(yīng)的范圍更廣泛。（5）普遍溫控器具有參數(shù)自整定的功能。借助計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)，溫控器具有對(duì)控制對(duì)

16、象控制參數(shù)及特性進(jìn)行自動(dòng)整定的功能。有的還具有自學(xué)習(xí)功能，它能夠根據(jù)歷史經(jīng)驗(yàn)及控制對(duì)象的變化情況，自動(dòng)調(diào)整相關(guān)控制參數(shù)，以保證控制效果的最優(yōu)化。（6）溫度控制系統(tǒng)具有控制精度高、抗干擾力強(qiáng)、魯棒性好的特點(diǎn)。結(jié)合溫度控制器的發(fā)展，多年來(lái)，許多學(xué)者在反應(yīng)釜的溫度控制問(wèn)題上做了很大量的探索并提出一些有效地解決方案。比如：Shinskey或weinstein提出反對(duì)的雙模控制，采用Bang-Bang+PID控制，其大致步驟為;過(guò)程開(kāi)始時(shí)，全力加熱，直至反應(yīng)釜溫度舉起設(shè)定值為t1度，然后全力冷卻，持續(xù)TD1分鐘，此后，將夾水套水溫設(shè)定在某個(gè)合適的中間溫度，持續(xù)TD2分鐘，最后，串級(jí)PID控制器控制夾套水

17、溫。如果選擇參數(shù)得當(dāng)，雙模控制是有效的。ArthurJutan與Ashok Uppal提出將反應(yīng)熱作為一種擾動(dòng)，采用適當(dāng)?shù)姆椒ü烙?jì)出來(lái)，用前饋控制抵消：余下的部分近似為線性系統(tǒng)，可以用PID控制。Barry與Sandro（1989）采用GMC方法控制反應(yīng)釜溫度，得到了很好的仿真效果，并且進(jìn)一步考察了操作條件與過(guò)程參數(shù)變動(dòng)是被控對(duì)象的魯棒性，發(fā)現(xiàn)GMC的魯棒性明顯強(qiáng)于雙?？刂?。H.NIK.DEBELAK與D.HUNKELER采用模糊控制與PID混合控制的策略控制間歇放熱聚合反應(yīng)釜的溫度，在他們的方法中，模糊控制器的輸出用來(lái)調(diào)整PID控制器的設(shè)定值，以補(bǔ)償反應(yīng)放熱對(duì)過(guò)程溫度造成的擾動(dòng)；將此方案應(yīng)用

18、與乳液聚合的實(shí)驗(yàn)設(shè)備上，發(fā)現(xiàn)能明顯提高控制性能。此外還有一些研究者采用預(yù)測(cè)控制解決這一難題，如Nagy與Agachi S采用非線性預(yù)測(cè)控制算法控制間歇PVC聚合釜的溫度；Xia等采用基于小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測(cè)控制算法控制間歇聚丙烯反應(yīng)器溫度；欒志業(yè)等采用基于模型分解的預(yù)測(cè)控制算法也取得了較好的效果1.1.2 發(fā)展前景 幾十年來(lái)， 化工行業(yè)工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)隨著工藝和裝備技術(shù)的不斷發(fā)展而發(fā)展，從初期簡(jiǎn)單的手工操作到連續(xù)工業(yè)及負(fù)荷不斷加大，對(duì)生產(chǎn)穩(wěn)定性要求越來(lái)越高，對(duì)控制及自動(dòng)化水平的要求也越來(lái)越高，儀表使用越來(lái)越普遍，從簡(jiǎn)單回路的閉環(huán)控制到單元裝置的全面自動(dòng)化，使用的控制工具也從控制單元組合儀表、電動(dòng)單

19、元組合儀表到DCS的廣泛應(yīng)用；控制水平也從單參數(shù)簡(jiǎn)單控制回路到多變量復(fù)雜控制回路，先進(jìn)控制系統(tǒng)、優(yōu)化控制系統(tǒng)在各種場(chǎng)合都有成功應(yīng)用的典范。隨著工業(yè)規(guī)劃的進(jìn)一步發(fā)展，快速反應(yīng)、林杰文泰工藝、能量綜合平衡等工藝的開(kāi)發(fā)成功，對(duì)自動(dòng)化提出了更高的要求。另外，激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)也對(duì)自動(dòng)化提出了新的目標(biāo)與要求。同時(shí)，信息技術(shù)對(duì)化工行業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展也注入了新的活力。為適應(yīng)化工生產(chǎn)的新特點(diǎn)，一些過(guò)程控制領(lǐng)域的新技術(shù)正在有理論研究轉(zhuǎn)向生產(chǎn)時(shí)間，如綜合信息處理技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)、各種智能控制技術(shù)、軟計(jì)算技術(shù)和快速仿真技術(shù)、多媒體及時(shí)等。過(guò)程控制產(chǎn)生的技術(shù)工具，由基地是儀表、氣動(dòng)單元式組合式儀表、電動(dòng)單元組合式

20、儀表型、型、型，發(fā)展到現(xiàn)在的可編程單回路、雙回路、三回路調(diào)節(jié)器和分散綜合控制系統(tǒng)（DCS）。當(dāng)前，傳統(tǒng)的DCS正借助于微處理器硬軟件和通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，朝著標(biāo)準(zhǔn)化、開(kāi)放化和盡量采用市場(chǎng)通用的優(yōu)良硬、軟的方向，逐漸的、相互融合地向開(kāi)放的DCS發(fā)展。如Honeywell的TPS(Total Plant Solution System),它采用通用的軟件將企業(yè)的internet網(wǎng)與局部控制網(wǎng)、通用控制網(wǎng)和系統(tǒng)總線連接在一起，配備各種平臺(tái)、操作站以滿足不同層次使用人員的要求。另外，最近發(fā)展起來(lái)的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)（FCS）也是一種新的開(kāi)放式的分布式控制系統(tǒng)。它把專用封閉協(xié)議變成標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)放協(xié)議，是系統(tǒng)有完全

21、是數(shù)字計(jì)算和數(shù)字通信能力：在結(jié)構(gòu)上，采用了全分布式方案，把控制功能徹底下放到現(xiàn)場(chǎng)，提高了系統(tǒng)的靈活性和可靠性 ：它突破了集散型控制系統(tǒng)DCS中采用專用網(wǎng)絡(luò)的缺陷。因此對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)總線的工業(yè)控制系統(tǒng)研究具有重大的意義。據(jù)報(bào)道，美國(guó)猶他州鹽湖城Flying煉油廠、孟山都化工廠、我國(guó)安陵化工廠、吉林油田甲醇廠以采用FCS，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。專家估計(jì)，F(xiàn)CS將在石化行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。過(guò)程檢測(cè)控制儀表和控制器也將由現(xiàn)場(chǎng)總線以及由此產(chǎn)生的現(xiàn)場(chǎng)總線智能儀表和控制系統(tǒng)所代替。新一代的檢測(cè)儀表主要特點(diǎn)是智能化和數(shù)字化。這些檢測(cè)儀表均是以微型計(jì)算機(jī)為核心，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)校零、線性化補(bǔ)償環(huán)境因素變化等功能甚至包括模

22、型運(yùn)算和人工智能的應(yīng)用。一次檢測(cè)技術(shù)采用超聲波、微波、激光等新技術(shù)，是自動(dòng)化控制的精度得到進(jìn)一步的提升。研制新型的傳感器，廣泛應(yīng)用新技術(shù)，如核磁共振、激光和相關(guān)技術(shù)等，使傳感器集成化。專用集成電路的廣泛應(yīng)用將促進(jìn)傳感器和執(zhí)行器沿著多功能和智能化的方向發(fā)展，便于形成現(xiàn)場(chǎng)控制回路子系統(tǒng)，還將極大方便儀表的安裝調(diào)試和維護(hù)工作。在硬件條件得到改善后，將目前分散研究的軟測(cè)量技術(shù)、先進(jìn)控制技術(shù)開(kāi)發(fā)成通用的商品化軟件包，也是發(fā)展方向之一?，F(xiàn)有的工業(yè)軟件包大部分是以多變量控制技術(shù)為主，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步采用了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊技術(shù)及遺傳學(xué)算法等軟計(jì)算技術(shù)，開(kāi)發(fā)包括初級(jí)數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)挖掘、軟測(cè)量技術(shù)的先進(jìn)控制軟件，

23、國(guó)內(nèi)的高校和科研機(jī)構(gòu)先后在一些石化企業(yè)的典型裝置上通過(guò)各種方法實(shí)現(xiàn)了軟測(cè)量和先進(jìn)控制技術(shù)。但是我們也應(yīng)該看到，國(guó)產(chǎn)開(kāi)發(fā)軟件在設(shè)備上無(wú)關(guān)性、軟件通用性、運(yùn)行可靠性機(jī)界面友好性等幾個(gè)方面與國(guó)外的一些成熟的商業(yè)軟件包相比還有一定的差距。如何將理論研究的最新成果反發(fā)展成工程化、標(biāo)準(zhǔn)化和商品化的軟件包，是我國(guó)過(guò)程自動(dòng)化的研究重點(diǎn)之一。在控制理論上，自從美國(guó)數(shù)學(xué)家魏拿在20世紀(jì)七十年代中期以后出現(xiàn)的大系統(tǒng)理論和智能控制理論，為石化工業(yè)的發(fā)展與控制要求的提高，提供了理論基礎(chǔ)。智能理論的研究應(yīng)運(yùn)而生，也成為當(dāng)前控制理論的研究熱點(diǎn)之一。因此，石化工業(yè)的過(guò)程控制也由串級(jí)、比值、前饋、選擇性、均勻控制等簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)

24、發(fā)展到解禍、時(shí)滯補(bǔ)償、推斷預(yù)估、預(yù)測(cè)、非線性。狀態(tài)反饋、雙重、自適性、人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)、模糊、智能等高級(jí)控制系統(tǒng)。據(jù)setpiont公司統(tǒng)計(jì)，在生產(chǎn)過(guò)程中采用先進(jìn)過(guò)程控制以取得良好的效果。例如：1994年Gensym公司和Neuralware公司聯(lián)合將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和優(yōu)化軟件與專家系統(tǒng)聯(lián)合，用于Star煉油廠的非線性工藝過(guò)程，一年內(nèi)就收回資金，英國(guó)帝國(guó)化工研究員院（ICI）實(shí)時(shí)操作優(yōu)化專家系統(tǒng)在威爾頓石油聯(lián)合企業(yè)應(yīng)用，并取得實(shí)效；日本三菱化學(xué)合成公司開(kāi)發(fā)成功了乙烯工程模糊控制系統(tǒng)；美國(guó)杜邦公司研究出用于化工聚合中間物生產(chǎn)強(qiáng)度的Pace專家系統(tǒng)。1.2 選題背景和研究意義反應(yīng)釜是化工生產(chǎn)過(guò)程中的重要設(shè)備

25、，反應(yīng)過(guò)程中伴隨有大量的吸、放熱現(xiàn)象，具有大滯后、時(shí)變、非線性、反應(yīng)機(jī)理復(fù)雜等特點(diǎn)。傳統(tǒng)的PID控制是一種基于過(guò)程參數(shù)的控制法，具有控制原理簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、可靠性高、參數(shù)易調(diào)整等優(yōu)點(diǎn)，但其設(shè)計(jì)依賴于被控對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型，而反應(yīng)釜因?yàn)闄C(jī)理復(fù)雜各個(gè)參數(shù)在系統(tǒng)反應(yīng)過(guò)程中時(shí)變，不能建立精確地?cái)?shù)學(xué)模型，參數(shù)調(diào)整往往比較困難，難以解決系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定性和快速性的矛盾，因而采取一般的PID控制器無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)反應(yīng)釜的精確控制。模糊控制是一種基于規(guī)則的控制，在設(shè)計(jì)中不需要建立被控對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型，魯棒性強(qiáng)，干擾和參數(shù)變化作為輸入變量，這種控制器具有模糊比例微分控制作用，精度不太高、穩(wěn)態(tài)誤差較大、自適應(yīng)能力有限和

26、易產(chǎn)生震蕩現(xiàn)象。預(yù)測(cè)控制是一種優(yōu)化控制算法，它是通過(guò)對(duì)某一種性能指標(biāo)是我最優(yōu)來(lái)確定未來(lái)的控制作用的，具有對(duì)模型要求低，魯棒性好。適用于數(shù)字計(jì)算機(jī)控制的優(yōu)點(diǎn)，但穩(wěn)定性仍待提高。本文針對(duì)反應(yīng)釜的溫度變化特點(diǎn)，將模糊控制、PID控制與預(yù)測(cè)控制結(jié)合起來(lái)，設(shè)計(jì)處溫度控制系統(tǒng)，并根據(jù)反應(yīng)釜裝制的特點(diǎn)，采用比例調(diào)節(jié)閥控制液體流量，增加系統(tǒng)功能并提高響應(yīng)速度。第2章 聚合反應(yīng)釜生產(chǎn)工藝和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2.1聚合反應(yīng)釜工藝簡(jiǎn)介聚合反應(yīng)釜是利用導(dǎo)熱介質(zhì)通過(guò)反應(yīng)釜的夾套來(lái)提高釜內(nèi) 物料的溫度，通過(guò)攪拌機(jī)的攪拌使物料均勻、提高導(dǎo)熱速度，并 使其溫度均勻。反應(yīng)釜內(nèi)物料的溫度常常要求被恒定在±1或 更小的范圍內(nèi)。導(dǎo)熱

27、介質(zhì)的選擇是根據(jù)各廠產(chǎn)品的工藝溫度要求確定的，常見(jiàn)的導(dǎo)熱介質(zhì)有熱水、過(guò)熱蒸汽和導(dǎo)熱油。溫度測(cè)量常用熱電阻或熱電偶及其變送器組成。通入反應(yīng)釜的導(dǎo)熱介質(zhì)要求保持溫度恒定，通過(guò)調(diào)節(jié)流入反應(yīng)釜夾套的導(dǎo)熱介質(zhì)的流量，來(lái)控制反應(yīng)釜內(nèi)物料的溫度使之符合工藝要求。 2.2聚合反應(yīng)釜結(jié)構(gòu)與工藝特點(diǎn)反應(yīng)釜是化工生產(chǎn)中常用的反應(yīng)器，結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖2-1.反應(yīng)釜溫度控制是 通過(guò)倆個(gè)閥門即加熱水閥門和冷水閥門來(lái)實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)攪拌機(jī)的攪拌使物料均勻、提高到熱速度，并使其溫度均勻。在升溫階段，打開(kāi)加熱水閥門，對(duì)釜內(nèi)的蛇管同一家熱水，使釜溫升高，通過(guò)控制閥門開(kāi)度來(lái)控制閥門溫度升高的速率，當(dāng)加熱到預(yù)定反應(yīng)溫度后就停止加熱，反應(yīng)過(guò)

28、程中在夾套中通以冷卻水，將反應(yīng)產(chǎn)生的多余熱量移走，控制溫度保持恒定。導(dǎo)熱介質(zhì)的選擇根據(jù)各廠產(chǎn)品的工藝溫度要求確定的，常見(jiàn)的導(dǎo)熱介質(zhì)有過(guò)熱蒸汽和導(dǎo)熱油。溫度測(cè)量常用熱電阻或熱電偶機(jī)器變送器組成。通入反應(yīng)釜的導(dǎo)熱介質(zhì)要求保持溫度恒定，通過(guò)調(diào)節(jié)流入反應(yīng)釜夾套的導(dǎo)熱介質(zhì)的流量，來(lái)控制反應(yīng)釜內(nèi)物料的溫度符合工藝要求。圖2-1反應(yīng)釜結(jié)構(gòu)示意圖按照工藝要求，反應(yīng)釜的操作流程一般包括以下幾個(gè)階段：（1）投料：反應(yīng)物計(jì)量后一批或幾批投入反應(yīng)釜。（2）加熱升溫階段：投料完畢后，向反應(yīng)釜同熱水升溫，原料在與催化劑充分混合的基礎(chǔ)上，吸收熱水提供的熱量，當(dāng)加熱到一定值時(shí)，放熱反應(yīng)開(kāi)始。該階段須在較短的時(shí)間內(nèi)把釜內(nèi)溫度或

29、壓力升至開(kāi)始反應(yīng)的狀態(tài)，并且必須保持連續(xù)升溫升壓。（3）反應(yīng)放熱階段：本階段開(kāi)始后，反應(yīng)過(guò)程中伴有強(qiáng)烈的放熱效應(yīng)，并且反應(yīng)的放熱速率與反應(yīng)溫度之間是一種正反饋?zhàn)约さ年P(guān)系。如果不及時(shí)移走反應(yīng)熱，將使溫度超出正常范圍，造成反應(yīng)不可控制，易引起“爆聚”或產(chǎn)生安全閥跳；如果加入過(guò)量的冷水又將使反應(yīng)激落，甚至造成“僵釜”現(xiàn)象。該階段控制時(shí)，不僅要求釜內(nèi)溫度或壓力連續(xù)上升，同時(shí)又要求不能產(chǎn)生超調(diào)。因此，這一階段是控制的難點(diǎn)，直接影響能否獲得高質(zhì)量的產(chǎn)品。（4）恒溫，恒壓階段：這是正常反應(yīng)階段，該階段反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)控制精度要求較高。因此，恒溫段是反應(yīng)工藝的關(guān)鍵階段。（5）冷卻、回收及放料階段。按反應(yīng)過(guò)程的生

30、產(chǎn)壞境及其動(dòng)態(tài)特性來(lái)分析，反應(yīng)釜具有以下幾條工藝特點(diǎn)：（1）反應(yīng)一般包括倆個(gè)過(guò)程：一個(gè)是有自衡能力的開(kāi)環(huán)穩(wěn)定的過(guò)程（加熱升溫階段和反應(yīng)初期）；另一個(gè)是無(wú)自衡能力的、部可逆的開(kāi)環(huán)不穩(wěn)定的強(qiáng)放熱反應(yīng)過(guò)程（反應(yīng)中后期）。（2）工業(yè)用反應(yīng)釜容量大、釜壁厚，因此是一個(gè)熱容量大、純滯后時(shí)間長(zhǎng)的被控對(duì)象。（3）聚合反應(yīng)具有較大的時(shí)變性、不確定性和高度非線性。例如過(guò)程增益變化很大，甚至增益變化的方向都不一樣的；隨著反應(yīng)的進(jìn)行，釜內(nèi)固體顆粒增多，釜的傳熱系數(shù)也會(huì)發(fā)生變化。（4）外界環(huán)境的變化（如催化劑活性、原料質(zhì)量、循環(huán)水、熱水及環(huán)境溫度變化等）對(duì)系統(tǒng)的干擾很大。（5）難以建立其機(jī)理模型。第3章 相關(guān)理論介紹3

31、.1預(yù)測(cè)模糊控制算法的基本原理模糊控制系統(tǒng)輸出的采樣值y(t)(t=1，2，n)可看作一個(gè)時(shí)間序列，對(duì)這個(gè)序列總可以找到某個(gè)連續(xù)函數(shù)H(t)，來(lái)精確地刻劃出其變化規(guī)律，于是，系統(tǒng)下一個(gè)采樣值，即將來(lái)時(shí)刻的值可以表示為當(dāng)前采樣值的Taylor展開(kāi)式： ··· （1）其中T為采樣周期，以差商代替微商，則上式變?yōu)?#183;·· （2）對(duì)上式只取一階近似，記為 （3）稱；為t時(shí)刻對(duì)時(shí)刻的誤差預(yù)報(bào)值。在對(duì)模糊控制規(guī)則的解析描述式中，若取a=05，則控制規(guī)則可寫為 （4）比較式(4)與(3)，不難看出，模糊控制規(guī)則中隱含著一種預(yù)報(bào)控制的思想對(duì)式(2)取二

32、階近似，并引進(jìn)加權(quán)系數(shù)可得 （5）其中為實(shí)數(shù)。作變換,并注意到 , 則式(5)可寫為-1+-2-3=0 （6）其中q-1為單位后移算子，顯然，上式為一般自回歸 (AR)模型(-1)=0 （7）的一種特殊形式，其中··· （8）若再進(jìn)一步考慮控制量的作用及有色噪聲的影響，則有更一般的CARMA模型 （9）式中··· （10）··· （11）可以證明，按式(9)使預(yù)測(cè)誤差方差為最小的預(yù)報(bào)值為 （12）式中 ···+ （13）-1 +-1+··· +

33、（14）且G與F滿足Diophantine方程式(9)中的A，B，C均可在線計(jì)算確定，進(jìn)而確定G與F，當(dāng)參數(shù)估計(jì)收斂時(shí)，-1，因此對(duì)未知參數(shù)對(duì)象可直接按預(yù)報(bào)公式 （16）采用遞推最小二乘算法進(jìn)行在線辨識(shí)常規(guī)模糊自整定PID控制器的輸入通常是過(guò)程當(dāng)前和過(guò)程過(guò)去的輸出測(cè)量值與設(shè)定值的偏差和偏差變化。本系統(tǒng)的控制器輸入是利用預(yù)測(cè)模型預(yù)估出過(guò)程未來(lái)的輸出值與設(shè)定值之間的偏差和偏差變化。模糊自整定PID控制器采用以偏差E及偏差變化EC為輸入的模糊推理系統(tǒng)，E和EC來(lái)自預(yù)測(cè)模型的輸出。再通過(guò)模糊控制器，對(duì)kp,k1和kD 3個(gè)參數(shù)進(jìn)行在線調(diào)整，以滿足在不同E和EC時(shí)對(duì)控制參數(shù)的不同要求，使被控對(duì)象具有良好

34、的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)性能。3-1預(yù)測(cè)模糊控制算法框圖預(yù)測(cè)模糊控制的基本流程圖3-21)定時(shí)采樣，獲得采樣值Y(n)，Y(n)2)用最小二乘估計(jì)的遞推算法，求出系統(tǒng)參數(shù)A、B3)用A、B代替A、B，由Diophantine方程，算出F、G4)由式求出預(yù)報(bào)值Y(n+0)，并計(jì)算其偏差 5)劃分的模糊狀態(tài)等級(jí)，根據(jù)等級(jí)數(shù)，查模糊控制表，得到控制量u(n)=U(i) 將u(n)=u(n-1)+u(n)投入系統(tǒng)控制。其流程圖見(jiàn)圖3-2圖3-2實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)模糊控制的基本流程圖第4章 聚合反應(yīng)釜控制方案4.1預(yù)測(cè)模糊控制方案的選擇由于反應(yīng)釜反應(yīng)機(jī)理較為復(fù)雜，外界條件：原料純度、催化劑的類型、添加數(shù)量的變化、循環(huán)水、熱水

35、溫度、流量的變化等，對(duì)系統(tǒng)的影響較大，系統(tǒng)本身具有較大的時(shí)變性、非線性、時(shí)滯性。因此在選擇控制方案時(shí)，應(yīng)考慮選擇智能控制策略，如模糊控制、自適應(yīng)智能控制、專家控制、預(yù)測(cè)智能控制等，使得控制系統(tǒng)要達(dá)到很好的品質(zhì)。以聚氨酯發(fā)泡膠粘劑的反應(yīng)過(guò)程為例，首先是一次升溫及加料(由上位釜加料)。升溫到(80±2)時(shí)，進(jìn)行二次加料，將溫度恒定在(80±2)，反應(yīng)釜進(jìn)行放熱過(guò)程，釜為常壓運(yùn)行，經(jīng)過(guò)3小時(shí)恒溫后冷卻到常溫。聚合反應(yīng)生產(chǎn)過(guò)程的升溫曲線見(jiàn)圖4-1。恒溫段是反映工藝的關(guān)鍵階段，對(duì)于產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量有著重要的影響，所以提高恒溫段的控制精度是提高產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。圖4-1聚氨酯發(fā)泡膠粘劑溫控

36、曲線圖為保證產(chǎn)品質(zhì)量，對(duì)反應(yīng)溫度要進(jìn)行嚴(yán)格控制。為此，選取冷卻水流量為調(diào)解參數(shù)。被控過(guò)程有三個(gè)熱容積，即夾套中的冷卻水、釜壁和釜中物料。引起溫度變化的干擾因素有：進(jìn)料方面有進(jìn)料流量、進(jìn)料入口溫度和化學(xué)組成；冷卻水方面有水的入口溫度和閥前壓力。當(dāng)冷卻水方面的參數(shù)發(fā)生變化，如：入 口溫度突然升高時(shí)， 由經(jīng)上述三個(gè)熱容積后才能使反應(yīng)溫度升高，經(jīng)反饋后調(diào)節(jié)器輸出變化，導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥開(kāi)始動(dòng)作，從而使冷卻水流量增加，迫使溫度下降。這樣，從干擾開(kāi)始到調(diào)節(jié)閥動(dòng)作，其間經(jīng)歷了比較長(zhǎng)的時(shí)間，在這段時(shí)間里冷卻水溫度的升高，使反應(yīng)溫度出現(xiàn)了較大的偏差。為了更好的抑制干擾，工業(yè)中聚合反應(yīng)釜的溫度控制一 般采用串級(jí)控制系統(tǒng)，

37、如圖1所示，串級(jí)控制系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上形成兩個(gè)閉環(huán)，在主環(huán)內(nèi)加一個(gè)閉環(huán)在里面稱為副環(huán)，它的輸出送往調(diào)節(jié)閥直接控制生產(chǎn)過(guò)程，加上副環(huán)的目的是為了保證被控對(duì)象(反應(yīng)釜溫度)的控制質(zhì)量。圖4-2中，T，為夾套內(nèi)導(dǎo)熱介質(zhì)的溫度，T為聚合釜內(nèi)物料的溫度。圖4-2系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖整個(gè)系統(tǒng)的控制目的是將聚氨酯發(fā)泡膠粘劑聚合反應(yīng)釜的溫度控制在(80±1)范圍內(nèi)，本方案采用預(yù)測(cè)模糊控制算法實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的。4.2聚合反應(yīng)釜溫度控制流程圖聚合反應(yīng)釜溫度控制的流程圖，如圖4-3圖4-3聚合反應(yīng)釜溫度控制的流程圖第5章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和設(shè)備選型及調(diào)試反應(yīng)釜的最大反應(yīng)容積為5升，最高溫度為300，超調(diào)量盡量小，溫度控制精度&

38、#177;10左右。溫度控制系統(tǒng)應(yīng)能達(dá)到以下功能要求：（1）可以認(rèn)為方便地設(shè)定所需控制的溫度值，溫度控制系統(tǒng)能自動(dòng)將反應(yīng)釜溫度調(diào)整至設(shè)定值并能保持，直至重新設(shè)定為另一溫度值，即能自動(dòng)控制溫度；（2）盡量采用典型、通用的器件，一旦損壞，易于在市場(chǎng)上買到同樣零部件進(jìn)行替換；（3）整套儀器可靠性好，不易出故障。控制系統(tǒng)原理組成如圖5-1所示，采用熱電偶測(cè)溫，通過(guò)溫度變送器，經(jīng)ADC輸入計(jì)算機(jī)。前置電路主要用來(lái)對(duì)溫度傳感器的微弱電信號(hào)實(shí)現(xiàn)放大、濾波等信號(hào)預(yù)處理。輸出控制電路主要實(shí)現(xiàn)對(duì)單片機(jī)輸出的模擬控制信號(hào)放大、隔離以及和執(zhí)行元件的匹配等功能。執(zhí)行元件主要實(shí)現(xiàn)冷熱水閥門的開(kāi)度控制。5-1系統(tǒng)控制原理圖

39、5.1溫度控制器的選擇控制器選擇目前市場(chǎng)上最流行的也是筆者最熟悉的atmel公司的AT89C51單片機(jī)。 AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。5.2單片機(jī)的選擇目前，市面上的單片機(jī)

40、不僅種類繁多，而且在性能方面也各有所長(zhǎng)。一般來(lái)說(shuō)，選擇單片機(jī)需要考慮以下幾個(gè)方面：（1）單片機(jī)的基本性能參數(shù)。例如指令執(zhí)行速度，程序存儲(chǔ)器容量，I/O引腳數(shù)量等。（2）單片機(jī)的增強(qiáng)功能。例如看門狗，多指針，雙串口，RTC（實(shí)時(shí)時(shí)鐘），CAN接口，擴(kuò)展RAM，EPROM等。（3）單片機(jī)的儲(chǔ)存介質(zhì)。對(duì)于程序存儲(chǔ)器來(lái)說(shuō)，F(xiàn)lash存儲(chǔ)器和OTP（一次性可編程）存儲(chǔ)器相比較，最好是Flash存儲(chǔ)器。（4）芯片的封裝形式。如DIP（雙列直插）封裝，PLCC（PLCC有對(duì)應(yīng)插座）封裝及表面貼附等。DIP封裝在搭建實(shí)驗(yàn)電路時(shí)會(huì)方便一些。（5）芯片工作溫度范圍符合工業(yè)級(jí)、軍工級(jí)還是商業(yè)級(jí)。如果設(shè)計(jì)戶外產(chǎn)品，必

41、須選用工業(yè)級(jí)。（6）芯片的功耗。比如設(shè)計(jì)并口加密狗時(shí)，信號(hào)線取電只能提供幾mA的電流，選用PIC單片機(jī)就是因?yàn)樗軡M足低功耗的要求。（7）單片機(jī)的工作電壓范圍。（8）芯片保密性能好。（9）抗干擾性能好，價(jià)格低廉。AT89C51是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、低功耗和高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8KB的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器256B的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，并且與80C51的引腳和指令系統(tǒng)完全兼容。片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大AT89C51單片機(jī)適合于許多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場(chǎng)合。AT89C51的40條引腳按功能

42、來(lái)分，可分為3部分，電源時(shí)鐘引腳、控制引腳和輸入/輸出引腳，AT89C51的主要性能及特點(diǎn)如下:·與MCS-51 兼容 ·4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器·1000寫/擦循環(huán)·數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年·全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz·三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定·128*8位內(nèi)部RAM·32可編程I/O線·兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器·5個(gè)中斷源 ·可編程串行通道·低功耗的閑置和掉電模式·片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路5.3數(shù)據(jù)采集輸入通道設(shè)計(jì)輸入通道電路中主要包括熱電偶和變送器組成的信號(hào)采集輸送電路以

43、及由A/ D轉(zhuǎn)換器及相關(guān)元件組成的模塊轉(zhuǎn)換電路，如圖5-2所示圖5-2數(shù)據(jù)采集輸入通道本系統(tǒng)測(cè)量范圍較大，因此選用線性好、測(cè)溫范圍大的鉑銠-鉑10熱電偶制成的裝配式熱電偶WRP-120進(jìn)行溫度測(cè)量。熱電偶屬于自發(fā)電型傳感器，測(cè)量時(shí)不需要外加電源，具有測(cè)溫范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，因而在工業(yè)測(cè)量中應(yīng)用廣泛。熱電偶提供的信號(hào)為“熱電動(dòng)勢(shì)” ，它是至多不過(guò)幾十毫伏的微小直流電動(dòng)勢(shì)，由接觸電動(dòng)勢(shì)和溫差電動(dòng)勢(shì)兩種物理效應(yīng)所組成。從熱電偶的制造工藝上看主要有鎧裝式和隔爆式兩種，系統(tǒng)選用鎧裝式熱電偶。其具有良好的抗高溫氧化、抗低溫水蒸氣冷凝、抗機(jī)械外力沖擊的特性，并能制作得很細(xì)，有利于解決微笑、狹窄場(chǎng)合的測(cè)溫問(wèn)題，且具

44、有抗震、可彎曲、超長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。熱電偶輸出模擬信號(hào)采用集成運(yùn)算放大器AD521進(jìn)行信號(hào)放大，得到01.2V模擬電壓，經(jīng)3位半BCD碼輸出的雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器5G14433轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。5G14433是國(guó)產(chǎn)的3位半A/D轉(zhuǎn)換器，是廣為流行的最典型的雙積分A/D轉(zhuǎn)換器。具有抗干擾性能好。轉(zhuǎn)換精度高(相當(dāng)于11位二進(jìn)制數(shù))，自自動(dòng)校零，自動(dòng)極性輸出，自動(dòng)量程控制信號(hào)輸出，動(dòng)動(dòng)態(tài)字位掃描BCD碼輸出，單基準(zhǔn)電壓，外接元件少，價(jià)格低廉等特點(diǎn)。5G14433采用字位動(dòng)態(tài)掃描BCD碼輸出方式，即千、百、十、個(gè)位BCD碼輪流地在Q0Q3端輸出，同時(shí)在QS1QS4端出現(xiàn)同步字位選通信號(hào)。5G14433的轉(zhuǎn)換誤差

45、為±1LSB，輸入阻抗大于100M，模擬輸入電壓范圍為01.999V或0±199.9mV。片內(nèi)提供時(shí)鐘發(fā)生器，使用時(shí)只需外接一個(gè)電阻，也可采用外部輸入時(shí)鐘或晶振體振蕩電路。片內(nèi)的輸出鎖存器用來(lái)存放A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果，經(jīng)多路開(kāi)關(guān)輸出多路選通脈沖信號(hào)DS1DS4及BCD碼數(shù)據(jù)Q0Q3。其轉(zhuǎn)換速度教慢，為110次/秒。在不要求高速轉(zhuǎn)換的場(chǎng)合，如溫度控制系統(tǒng)中，被廣泛采用。5G14433的國(guó)外原型產(chǎn)品是美國(guó)Motorola公司的MC14433，兩者完全相同，可以互換使用。由于5G14433的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果是動(dòng)態(tài)分時(shí)輸出的BCD碼，Q0Q3和DS1DS4均不是總線式的。因此，單片機(jī)只能通

46、過(guò)I/O接口或擴(kuò)展I/O接口與其相連，本系統(tǒng)5G14433直接與其P1口相連。由于雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器具有消除高頻干擾的作用，因此不必設(shè)計(jì)抗干擾電路。5.4輸出控制電路設(shè)計(jì)反應(yīng)釜溫度的控制最終由輸出控制電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，這部分電路主要是來(lái)控制閥的開(kāi)度以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制，如圖5-3所示。單片機(jī)經(jīng)計(jì)算后得到控制量，由DSC0832輸出控制信號(hào)送給控制板，控制板調(diào)節(jié)比例閥的開(kāi)度，最終控制冷熱水流量，進(jìn)而調(diào)整釜內(nèi)溫度。DAC0832是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司采用CMOS工藝生產(chǎn)的8位分辨率的A/D轉(zhuǎn)換集成電路芯片。它具有與微機(jī)連接簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)換控制方便、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，因而得到了廣泛的應(yīng)用。由于其片內(nèi)有輸入數(shù)據(jù)寄存器

47、，故可以直接與單片機(jī)接口。DAC0832以電流形式輸出，當(dāng)需要轉(zhuǎn)換為電壓輸出時(shí)，可外接運(yùn)算放大器。DACO832的主要技術(shù)指標(biāo)如下：(1)分辨率8位；(2)電流建立時(shí)間1s;(3)數(shù)據(jù)輸入可采用雙緩沖、但緩沖或直通方式；(4)邏輯電平輸入與TTL電平兼容；(5)單一電源供電（+5+15V）(6)低功耗，功率耗能20mW；(7)輸入端電壓±25V。5-3輸出控制電路5.5溫度超限報(bào)警電路設(shè)計(jì)超限報(bào)警電路如圖5-4所示5-4超限報(bào)警電路本系統(tǒng)采用比較器LM311將集成運(yùn)算放大器AD521放大后的電壓信號(hào)與高精度電源5G1403輸出的標(biāo)準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，如果輸出高電平，說(shuō)明溫度超限，因此將啟

48、動(dòng)溫度超限處理，同時(shí)點(diǎn)亮紅燈并啟動(dòng)蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警。5.6鍵盤接口電路設(shè)計(jì)鍵盤是人機(jī)交互的重要手段，分為編碼鍵盤和非編碼鍵盤。閉合建的識(shí)別由專用的硬件譯碼器實(shí)現(xiàn)并產(chǎn)生鍵編號(hào)或鍵值的稱為編碼鍵盤，如BCD碼鍵盤、ASCII鍵盤等?？寇浖R(shí)別的稱為非編碼鍵盤。鍵盤實(shí)際上是由排列成矩陣形式的一系列按鍵開(kāi)關(guān)組成，用戶通過(guò)鍵盤可以向CPU輸入數(shù)據(jù)、地址和命令。鍵盤的結(jié)構(gòu)形式一般有兩種：獨(dú)立式鍵盤與矩陣式鍵盤。本系統(tǒng)選用的是矩陣式鍵盤，如圖5-5所示。矩陣式鍵盤的連接方法由多種，可直接連接于單片機(jī)的I/O口線：可利用擴(kuò)展的并行I/O口連接：也可利用可編程的鍵盤、顯示接口芯片進(jìn)行連接等等。其中，利用擴(kuò)展的并行

49、I/O口連接方便靈活，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中比較常用。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，鍵盤被設(shè)計(jì)成4×4的矩陣，其中包括10個(gè)數(shù)字鍵，用于設(shè)定溫度等參數(shù)：確認(rèn)鍵用于設(shè)定的參數(shù)：取消鍵用于取消設(shè)定的參數(shù)，并使內(nèi)存單元初始化為0：鍵鍵用于選擇要修改的參數(shù)：START用于啟動(dòng)單片機(jī)控制系統(tǒng)：STOP用于緊急停車。圖5-5鍵盤接口電路5.7 LED顯示接口電路設(shè)計(jì) 在單片機(jī)系統(tǒng)中，通常用LED數(shù)碼管來(lái)顯示各種數(shù)字或符號(hào)。LED數(shù)碼管顯示器是有發(fā)光二極管按一定的結(jié)構(gòu)組合起來(lái)的顯示器件，有7段式LED數(shù)碼管顯示器，譯碼方式有硬件譯碼方式和軟件譯碼方式。由于它具有顯示清晰、亮度高、使用電壓低、壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，因此使用非

50、常廣泛。 LED數(shù)碼管的顯示方式通常有兩種：動(dòng)態(tài)顯示：即單片機(jī)定時(shí)對(duì)各顯示單元進(jìn)行掃描，各顯示器分時(shí)工作，利用視覺(jué)暫留的特性，達(dá)到穩(wěn)定顯示的目的。靜態(tài)顯示：利用鎖存器將各顯示單元鎖定，直到更新顯示內(nèi)容為止。這種方式占用CPU時(shí)間較少，工作可靠且亮度高。本系統(tǒng)中選用的是7段式LED顯示器，采用軟件譯碼的方式，硬件電路圖如圖5-6所示。LED接口利用8255A進(jìn)行并行擴(kuò)展，采用動(dòng)態(tài)顯示，循環(huán)點(diǎn)亮顯示時(shí)間為20ms圖5-6顯示接口電路5.8單片機(jī)溫控系統(tǒng)的調(diào)試過(guò)程在進(jìn)行系統(tǒng)的調(diào)試之前.要先進(jìn)行初調(diào)，就是要使各個(gè)子程序運(yùn)行正確，程序的運(yùn)行流程正確，主要分以下幾個(gè)步驟進(jìn)行：（1）功能子程序的調(diào)試功能子程

51、序的調(diào)試包括運(yùn)算（如多字節(jié)的加法、減法、乘法、除法等）、采樣、數(shù)字濾波、標(biāo)度變換以及PID等子程序的調(diào)試。在調(diào)試功能子程序時(shí)，許多參數(shù)都是未知的，要根據(jù)其所需的條件，給出家丁的數(shù)據(jù)，使其運(yùn)行，如果能完成預(yù)定的處理功能或與手工計(jì)算的結(jié)果相符，就說(shuō)明該程序已調(diào)通。調(diào)試時(shí)由小到大，由里到外。例如調(diào)試PID算法子程序時(shí)，先調(diào)通其包含的各個(gè)運(yùn)算子程序和參數(shù)處理子程序，然后將他們連起來(lái)進(jìn)行通調(diào)。通調(diào)時(shí)，也是假定一些數(shù)據(jù)、參數(shù)和初始條件，然后運(yùn)行程序。當(dāng)運(yùn)算結(jié)果與手工運(yùn)算的結(jié)果相同時(shí)，該運(yùn)算子程序則調(diào)試完成，反之，就要進(jìn)行相應(yīng)的修改。其它子程序的調(diào)試同理。（2）程序流程的調(diào)試程序流程的調(diào)試主要是查看程序運(yùn)行的步驟是否正確，在某時(shí)刻程序運(yùn)行所處的位置是否正確，是否能正確運(yùn)行各中斷服務(wù)程序。在調(diào)試過(guò)程中，現(xiàn)將PID算法子程序屏蔽，輸出用一個(gè)固定大的常數(shù)代替，在各個(gè)中斷服務(wù)子程序設(shè)置斷點(diǎn)，然后運(yùn)行程序，查看程序是否能運(yùn)行到所有的斷點(diǎn)，若所有斷點(diǎn)都能運(yùn)行到，則程序流程基本正確。去掉所有斷點(diǎn)，再一次運(yùn)行程序，查看人機(jī)面板上指示燈的亮、滅，若指示燈呈周期性的亮滅，則程序流程時(shí)正確的，反之，程序流程部不正確，繼續(xù)做相應(yīng)的修改后，重新調(diào)試。（3）功能程序與算法程序的通調(diào)在完成整個(gè)程序流程的調(diào)試后，將PID等算法子程序加入，在算法子程序前或后設(shè)置斷點(diǎn)，運(yùn)行整個(gè)程