電阻爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

.z...電子信息與電氣工程系課程設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)題目：基于PID算法的溫度控制系別：電子信息與電氣工程系年級(jí)專業(yè)：08級(jí)自動(dòng)化〔1〕班學(xué)號(hào)：0805070029學(xué)生**：*飛飛指導(dǎo)教師：丁健2011年6月12日摘要電阻爐在冶金工業(yè)中的運(yùn)用相當(dāng)廣泛,其溫度參數(shù)在生產(chǎn)過程中的自動(dòng)控制系統(tǒng)也隨著微機(jī)單片機(jī)可控硅技術(shù)在工業(yè)控制領(lǐng)域的推廣、應(yīng)用,正朝著高精度、高穩(wěn)定性、高智能化的方向開展。電阻加熱爐是典型的工業(yè)過程控制對(duì)象。其溫度控制具有升溫單向性、大慣性、大滯后、時(shí)變性等特點(diǎn)，且其升溫、保溫是依靠電阻絲加熱，降溫則是依靠環(huán)境自然冷卻。溫度是工業(yè)對(duì)象中主要的被控參數(shù)之一。尤其是在冶金、化工、機(jī)械各類工業(yè)中，廣泛使用各種加熱爐、熱處理爐、反響爐等。由于爐子的種類不同，所采用的加熱方法及燃料也不一樣，如煤氣、天然氣等。但就控制系統(tǒng)本身的動(dòng)態(tài)特性而言，均屬于一階純滯后環(huán)節(jié)，在控制算法上根本一樣，可采用PID控制或其他純滯后補(bǔ)償算法。但對(duì)于電阻加熱爐來說，當(dāng)其溫度一旦超調(diào)就無法用控制手段使其降溫，因而很難用數(shù)學(xué)方法建立準(zhǔn)確模型和確定參數(shù)。而傳統(tǒng)PID控制是一種建立在經(jīng)典控制理論根底上的控制策略，其設(shè)計(jì)依賴于被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，因此對(duì)于加熱爐這類控制對(duì)象采用傳統(tǒng)PID的控制方案很難到達(dá)理想的控制效果。為了保證生產(chǎn)過程正常平安地進(jìn)展，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量，以及減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約能源，對(duì)加熱用的各種電爐要求在一定條件下保持恒溫，不能隨電源電壓波動(dòng)或爐內(nèi)物體而變化，或者有的電爐的爐溫根據(jù)工藝要求按照*個(gè)指定的升溫或保溫規(guī)律而變化等等。因此，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)或科學(xué)實(shí)驗(yàn)中常常對(duì)溫度不僅要不斷地測量，而且要進(jìn)展控制。在電阻爐溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡量考慮到如何有效地防止各種干擾因素而采用一個(gè)較好的控制方案，選擇適宜芯片及控制算法是非常有必要的本設(shè)計(jì)要用單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)電阻爐溫度控制系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：控制系統(tǒng)PID控制算法爐溫控制=1\*CHINESENUM3一、總體方案設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)：用一臺(tái)計(jì)算機(jī)及相應(yīng)的部件組成電阻爐爐溫的自動(dòng)控制系統(tǒng)，并使系統(tǒng)到達(dá)工藝要求的性能指標(biāo)。=2\*CHINESENUM3二、硬件的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)1、計(jì)算機(jī)機(jī)型：MCS—518031〔不包含ROM、EPROM〕系統(tǒng)總線：PC總線2、設(shè)計(jì)支持計(jì)算機(jī)工作的外圍電路矩陣鍵盤技術(shù)：圖2-1用8255接口的4×8鍵盤矩陣圖2-1為4×8矩陣組成的32鍵盤與微機(jī)接口電路。圖中8255端口C為行掃描口，工作于輸出方式，端口A工作于輸入方式，用來讀入列值。圖中I/O口地址必須滿足=0，才能選中相應(yīng)的存放器。在每一行與列的穿插點(diǎn)接一個(gè)按鍵，故4×8共32個(gè)鍵。溫度輸出顯示技術(shù)：LED靜態(tài)顯示接口技術(shù)，所謂靜態(tài)顯示,即CPU輸出顯示值后,由硬件保存輸出值,保持顯示結(jié)果.圖2-2用鎖存器連接的6位靜態(tài)顯示電路圖2-2為6位BCD碼靜態(tài)顯示電路原理圖。圖中74LS244為總線驅(qū)動(dòng)器，6位數(shù)字顯示共用同一組總線，每個(gè)LED顯示器均配有一個(gè)鎖存器〔74LS377〕，用來鎖存待顯示的數(shù)據(jù)。當(dāng)被顯示的數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)總線經(jīng)74LS244傳送到各鎖存器的輸入端后，到底哪一個(gè)鎖存器選通，取決于地址譯碼器74LS138各輸出位的狀態(tài)?？偩€驅(qū)動(dòng)器74LS244由IOW和A9控制，當(dāng)IOW和A9同時(shí)為低電平時(shí)，74LS244翻開，將數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)傳送到各個(gè)顯示器的鎖存器74LS377上。特點(diǎn):占用機(jī)時(shí)少,顯示可靠.但使用元件多,且線路復(fù)雜、本錢高。報(bào)警電路設(shè)計(jì)：正常運(yùn)行時(shí)綠燈亮，在保溫階段爐內(nèi)溫度超出系統(tǒng)允差*圍，就要進(jìn)展報(bào)警。報(bào)警時(shí)報(bào)警紅燈亮，電笛響，同時(shí)發(fā)送中斷信號(hào)至CPU進(jìn)展處理。如圖2-3圖2-3加熱爐報(bào)警系統(tǒng)圖3、設(shè)計(jì)輸入輸出通道輸入通道：因?yàn)樗氐膶?shí)際溫度在50～350℃，即〔350－50〕＝300所以選用8位A/D轉(zhuǎn)換器，其分辨率約為1.5℃圖2-4ADC0809應(yīng)用接線圖4、元器件的選擇傳感器的選擇：鉑銠10—鉑熱電偶，S型，正極性，量程0—1300℃，使用溫度小于等于600℃，允差±執(zhí)行元件的選擇：電阻加熱爐采用晶閘管〔SCR〕來做規(guī)律控制，結(jié)合電阻爐的具體要求，為了減少爐溫的紋波，對(duì)輸出通道采用較高的分辨率的方案，因此采用移相觸發(fā)方式，并且由模擬觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)移相觸發(fā)。變送器的選擇：因?yàn)橄到y(tǒng)要求有偏置，又需要對(duì)熱電偶進(jìn)展冷端補(bǔ)償，所以采用常規(guī)的DDZ系列溫度變送器?？刂圃翰捎秒p向可控硅進(jìn)展控制，其功能相當(dāng)于兩個(gè)單向可控硅反向連接，具有雙向?qū)üδ?，其通斷狀態(tài)有控制極G決定。在控制極加上脈沖可使其正向或反向?qū)ā?3\*CHINESENUM3三、數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)1、控制算法：電阻加熱爐溫度控制系統(tǒng)框圖：.整個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)可用一個(gè)帶純滯后的一階慣性環(huán)節(jié)來近似，所以其控制算法采用大林算法。電阻加熱爐溫度控制系統(tǒng)模型為其廣義的傳遞函數(shù)為：大林算法的設(shè)計(jì)目標(biāo)是設(shè)計(jì)一個(gè)適宜的數(shù)字控制器，使整個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)相當(dāng)于一個(gè)帶有純滯后的一階慣性環(huán)節(jié)，即：通常認(rèn)為對(duì)象與一個(gè)零階保持器相串聯(lián)，相對(duì)應(yīng)的整個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù)是：=4\*CHINESENUM3四、軟件設(shè)計(jì)1、系統(tǒng)程序流程圖a、系統(tǒng)主程序框圖b、A/D轉(zhuǎn)換子程序流程圖C、報(bào)警程序流程圖D、數(shù)字控制算法子程序流程圖=5\*CHINESENUM3五、完整的系統(tǒng)電路圖=6\*CHINESENUM3六、系統(tǒng)調(diào)試在系統(tǒng)調(diào)試過程中，將系統(tǒng)各局部硬件連接，檢測各局部是否正確。然后就可以進(jìn)入硬件調(diào)試，調(diào)試的主要任務(wù)是排除硬件的故障，其中包括設(shè)計(jì)錯(cuò)誤和工藝性故障，然后在進(jìn)展軟件的調(diào)試，軟件調(diào)試時(shí)需要檢查編程是否正確，用微型機(jī)對(duì)MCS51系列單片機(jī)程序進(jìn)展穿插匯編。在硬件、軟件單獨(dú)調(diào)試后，即可進(jìn)入硬件、軟件聯(lián)合調(diào)試階段，找出硬件、軟件之間不相匹配的地方，反復(fù)修改和調(diào)試，直到符合設(shè)計(jì)要求。=7\*CHINESENUM3七、設(shè)計(jì)總結(jié)經(jīng)過一周的設(shè)計(jì)，我對(duì)這門課程有了更深的了解。在設(shè)計(jì)過程中，首先要熟悉系統(tǒng)的工藝，進(jìn)展對(duì)象的分析，要熟悉各元件的參數(shù)，按照要求確定方案。然后要進(jìn)展硬件和軟件的設(shè)計(jì)和調(diào)試。由于沒有實(shí)際的樣機(jī)，所以不能看到系統(tǒng)的運(yùn)行結(jié)果。只能在理論上對(duì)系統(tǒng)的結(jié)果進(jìn)展預(yù)測分析。通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，使我了解了人機(jī)交互接口技術(shù)、微型機(jī)控制系統(tǒng)輸入/輸出接口的擴(kuò)展方法，模擬量輸入/輸出通道的設(shè)計(jì)，常用控制程序的設(shè)計(jì)方法，數(shù)據(jù)處理技術(shù)，以及數(shù)字控制器算法。此次設(shè)計(jì)使我對(duì)微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)有了全面的深刻的了解，對(duì)我以后深入學(xué)習(xí)這門技術(shù)有很大的