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嵌入式高温沸腾炉控制系统的设计 　　摘要：基于单片机的高温沸腾炉控制系统已经成型。现利用SPCE3200嵌入式系统促其升级，加强系统集成度，传感器数据可以无线传入。采用液晶显示器显示工艺曲线，并允许通过触摸屏手工修改曲线，增加了多媒体、通信等功能，系统更加安全可靠，具有高适应性、易扩展性，有助于生产质量的提高。 　　关键词：嵌入式； 自动控制； 模糊控制； 高温沸腾炉 　　中图分类号：TP319 文献标识码：A 文章编号2013）009009603 　　作者简介：程学先（1945-），男，湖北工业大学工程技术学院教授，研究方向为软件工程、数据库、管理信息系统、计算机控制；程传慧（1979-），女，博士，中南财经政法大学信息与安全工程学院副教授，研究方向为计算机网络。 　　0引言 　　单片机是工业控制中大量使用的前端控制器，应用嵌入式系统常可实现升级。高温沸腾炉以煤粉为燃料，实现工业现场所需高温，通过加煤使炉膛温度上升，通过加风使炉膛温度下降，通过二者结合控制温度变化以满足工艺需要。我们曾开发基于单片机的高温沸腾炉控制系统，存在如下问题：①很难使用数学模型来精确地描述整个燃烧过程，采用模糊控制技术，要求采集较大数量的参数且有较高精度，使用单片机有局限性[1]；②某些场合需要采用无线数据传送方式，现有系统不能满足要求；③参数调整只能采用键盘方式，不能用可视化调整方式，曲线不够光滑。采用嵌入式系统可解决上述问题。 　　1硬件设计 　　系统输入信号包括：炉膛温度、尾气温度、鼓风机风门位置（鼓风开度信号）、混合室温度、给煤机转速、鼓风风压、炉膛负压、引风风门开度及引风机开度信号；输出信号包括给煤变频器的模拟信号和变频器转速、鼓风开度、鼓风机电流、引风机电流、鼓风压力与炉膛负压控制等信号，及与上位机通信信号。 　　新系统选择凌阳SPCE3200系统为主控模块，扩展TFT液晶接口模块（包括LCD触摸液晶屏）、无线传输模组、ZigBee、GPRS模组、音频输出模块、USB模块、看门狗电路、并行口扩展模块等，其结构如图1所示。 　　SPCE3200板有9路12位的ADC（A/D Converter），各路传感器采样信号经运算放大器放大后直接接各输入端；有双通道16位高速DAC，分别用于控制信号与语音信号的输出；内置SDDRAM最大容量可达16M字节，能满足本设计对数据的存储需要；内置UART接口及RS232电平转换电路，能直接实现与上位机的通信[4]。 　　TFT LCD（薄膜晶体管液晶显示器）用于显示主要参数与控制量变化曲线，还可以触摸方式修正曲线走向，可视化实现参数的平滑调节。 　　ZigBee无线网络协议具有低功耗、易组网的特点。利用ZigBee模组采用SPI方式与主控制器通信，可以实现与无线传感器无线互联。 　　GPRS模组采用SIM300通讯芯片，利用无线移动网络实现语音传输和点对点数据传输；其内具备TCP/IP协议栈，可以直接利用它实现无线上网。模组使用标准的UART串行通信接口可以与任何带有通用UART串行通信接口的控制器进行连接。它与音频输出模块协同工作可以实现与手机通信。当系统出现重大异常时可发送手机短信。 　　USB模块提供与U盘接口，可保存控制过程中输入与输出的数据，用于控制过程分析及控制参数的修正。 　　对上位机的接口可以方便地连接打印机或与企业管理系统相联系。 　　2系统软件设计 　　系统软件基于Linux系统，应用C++开发。 　　2.1系统软件模块构成 　　系统包括输入数据处理、输出控制计算、输出数据处理、显示与触摸数据处理、辅助程序等单元，详细模块构成如图2所示。 　　2.2控制流程 　　对于采集信号先基于线性平均进行滤波；进而采用线性插值算法实现波形还原；对于不同的异常工作状态，采用不同的处理方式，如图3所示。 　　2.3控制算法 　　高温沸腾炉系统对安全性与燃烧过程的稳定性要求很高：温度过低、燃烧效率低，一旦熄火，将严重影响产品质量；炉温过高，燃烧煤粉会因结焦成块而影响生产的安全性。传统的控制算法是直接数字控制系统算法（DDC），可以实现多路调节，监控软件包括实时调度管理程序和中断管理程序，对于主要参数的自动调节采用多路调节和简单自动控制技术[3]。这样的算法动态响应慢，对于惯性大、滞后时间长、存在高时变性的本类系统，无法保证动态品质。 　　模糊控制不需要建立被控对象的精确数学模型，是通过归纳操作人员和该领域专家的经验而建立的，算法简单、性能优良，有较强的鲁棒性[2]。 　　程序流程包括：对采集的信号量剔除干扰值、预处理、平滑处理等得到判断依据；再做以下3项处理：①判断这些值是否已经超过临界值，做相应的异常处理；②将数值显示在显示屏上供用