电阻炉温度控制系统设计规划.doc

目录 一、系统设计方案的论证与比较 2 二、硬件电路设计 3 2.1、主控单元 3 2.2、温度采集 3 2.3、AC—SSR交流功率调节电路 4 2.4、变送电路 4 1、4~20mA变送器XTR101 4 2、I/V转换器RCV420 5 2.5、键盘及显示的设计 5 1、键盘设计 5 2、LED数码管显示设计 6 2.6、硬件连接图 6 三、 Matlab参数整定 7 3.1 闭环连续pid控制 7 3.2、增加扰动 8 3.3 增加史密斯预估器 8 3.4 数字pid算法实现 9 1、 流程图如下： 9 2、 Matlab中m文件实现温度控制的pid增量型算法如下： 10 3、 显示二维平面图如下： 11 四、系统软件设计 11 4.1 主程序模块 11 4.2 功能实现模块 12 1、T0中断子程序 12 2、T1中断子程序 12 4.3运算控制模块 13 1、标度转换子程序 13 2、PID算法 13 五、源程序 13  摘要： 电阻炉是一种利用电流通过电热元件产生的热量加热工件的热处理设备。具有结构简单、操作简便、价格低廉等特点，广泛用于淬火、正火、回火和退火等常规热处理生产，是机械制造企业最常用的热处理加热设备之一。电阻炉炉温控制系统控温性能的优劣以及智能化程度的高低，不仅直接影响机械产品质量的高低，而且还直接影响热处理生产劳动强度的大小。随着微电子制造技术和现代控制技术的发展，采用以功能强、体积小、价格低的单片机为核心、以先进PID控制为算法构建智能化电阻炉温度控制系统已成为现实。 本文介绍了以AT89S52单片机为核心的温度控制器的设计,在该设计中采用热电偶温度传感器以及DWB温度变送器对电热锅炉的温度进行实时精确测量,送入8位的AD0809进行A\D转换,从而实现自动检测,实时显示及越限报警。控制部分采用PID算法,实时更新PWM控制输出参数,通过AC-SSR电路实现了对炉温的高精度控制。 关键词：炉温控制；PID控制；单片机 一、系统设计方案的论证与比较 根据题目要求,电热锅炉温度控制系统由核心处理模块、温度采集模块、键盘显示模块、及控制执行模块等组成. 此次设计采用比较流行的AT89S52作为电路的控制核心,使用8位的模数转换器AD0808进行数据转换,控制电路部分采用PWM通过AC-SSR实现锅炉温度的连续控制,此方案电路简单并且可以满足题目中的各项要求的精度。综上分析,我们采用方案二。系统总体框图如下。 图1 控制器设计总体框图 根据温度变化慢,并且控制精度不易掌握的特点,我们设计了以AT89S52单片机为检测控制中心的电热锅炉温度自动控制系统。温度控制采用改进的PID数字控制算法,显示采用8位LED动态显示。该设计结构简单,控制算法新颖,控制精度高,有较强的通用性。所设计的控制系统有以下功能： 1、温度控制设定波动范围小于±1%,测量精度小于±1%,控制精度小于±2%。 2、实时显示当前温度值。 3、按键控制：设置复位键、运行键、功能转换键、加一键、减一键。 4、越限报警。 二、硬件电路设计 硬件系统主要由AT89S52单片机、温度采集、A／D转换、光耦隔离、键盘显示电路、蜂鸣报警、等功能电路组成。 2.1、主控单元 AT89S52AT89S52是ATMEL公司生产的低功耗、高性能CMOS 8位单片机．它除正常工作以外还可以工作于低功耗和掉电模式，进一步减少了芯片的功耗。降低芯片的温升，延迟了芯片的使用寿命。其内部配有8K的Flash程序存储器和256字节的数据存储器。所配置的Flash程序存储器，便于实现ISP在线下载，降低了应用系统的开发成本。除此之外，AT89S52还具有2个16位定时计数器。5个两级中断源结构，32位并行输人／输出端口和一个全双工的串行口，以及看门狗定时器等功能单元。AT89S52单片机首先根据炉温的给定值和测量值计算出温度偏差，然后进行PID控制并计算出相应的控制数据由P1．0口输出。最后将P1．0口输出的控制数据送往光电耦合隔离器的输入端，利用PWM脉冲调制技术调整占空比，达到使炉温控制在某一设定温度。AT89S52单片机还负责按键处理、温度显示以及与上位机进行通信等工作。4位高亮度LED用于显示设定温度或实测温度。 2.2、温度采集 温度采集电路主要由铂铑-铂热电偶LB-3。LB-3热电偶可以在1300℃高温下长时间工作，满足常规处理工艺要求。 测温时，热电阻输出mV热电势，必须经过变送器变换成0-5V的标准信号。本系统选用DWB型温度变送器，并将其直接安装在热电偶的接线盒内，构成一体化的温度变送器，不仅可以节省补偿导线，而且可以减少温度信号在传递过程中产生的失真和干扰。 电阻炉炉温信号是一种变换缓慢的信号。这种信号在进行A/D转换时，对转换速度要求