锅炉温度PID控制系统的研究与设计.pdfVIP

电热锅炉温度限制器的设计

【摘要】本文介绍了以AT89S51单片机为核心的温度限制器的设计,在该设计中采纳高精度的温度传

感器AD590对电热锅炉的温度进行实时精确测量,用超低温漂移高精度运算放大器OP07将温度-电压信号

进行放大,再送入12位的AD574A进行A\D转换,从而实现自动检测,实时显示及越限报警。限制部分采纳PID

算法,实时更新PWM限制输出参数,限制可控硅的通断时间,最终实现对炉温的高精度限制。

【关键词】水温限制系统PID限制单片机

温度限制是工业生产过程中常常遇到的过程限制,有些工艺过程对其温度的限制效果干脆影响着产品的质

量,因而设计一种较为志向的温度限制系统是特别有价值的。

一系统设计方案的论证与比较

依据题目要求,电热锅炉温度限制系统由核心处理模块、温度采集模块、键盘显示模块、及限制执行模块等

组成。

方案一采纳8031作为限制核心,以运用最为普遍的器件ADC0809作模数转换,限制上运用对电阻丝加电

使其升温柔开动风扇使其降温。此方案简易可行,器件的价格便宜,但8031内部没有程序存储器,须要扩展,

增加了电路的困难性,且ADC0809是8位的模数转换,不能满意本题目的精度要求。

方案二采纳比较流行的AT89S51作为电路的限制核心,运用12位的高精度模数转换器AD574A进行数据

转换,限制电路部分采纳PWM限制可控硅的通断以实行对锅炉温度的连续限制,此方案电路简洁并且可以满

意题目中的各项要求的精度。

综上分析,我们采纳方案二。系统设计总体框图如下。

图1限制器设计总体框图

依据温度改变慢,并且限制精度不易驾驭的特点,我们设计了以AT89S51单片机为检测限制中心的电热锅炉

温度自动限制系统。温度限制采纳改进的PID数字限制算法,显示采纳3位LED静态显示。该设计结构简洁,

限制算法新奇,限制精度高,有较强的通用性。所设计的限制系统有以下功能：

·温度限制设定波动范围小于±1%,测量精度小于±1%,限制精度小于±2%,超调整量小于±4%;

·实现限制可以升温也可以降温;

·实时显示当前温度值;

·按键限制：设置复位键、运行键、功能转换键、加一键、减一键;

·越限报警。

二硬件电路设计

硬件电路主要有两大部分组成：模拟部分和数字部分：从功能模块上来分有：主机电路、数据采集电路、

键盘显示电路、限制执行电路。

1主机电路的设计

主机选用ATMEL公司的51系列单片机AT89S51来实现,利用单片机软件编程敏捷、自由度大的特点,力求用

软件完善各种限制算法和逻辑限制。本系统选用的AT89S51芯片时钟可达12MHz,运算速度快,限制功能完

善。其内部具有128字节RAM,而且内部含有4KB的flashROM不须要外扩展存储器,可使系统整体结构更为

简洁、好用。

2I／0通道的硬件电路的设计

就本系统来说,须要实时采集水温数据,然后经过A／D转换为数字信号,送入单片机中的特定单元,然后一

部分送去显示;另一部分与设定值进行比较,通过PID算法得到限制量并经由单片机输出去限制电热锅炉加

热或降温。

2.1数据采集电路的设计

数据采集电路主要由AD590,0P07,74LS373,AD574A等组成。由于限制精度要求为0.1度,而考虑到测量干

扰和数据处理误差,则温度传感器和AD转化器的精度应更高才能保证限制精度的实现,这个精度可处粗略

定为0.1度。故温度传感器须要能够区分0.1度;而对于AD转换器,由于测量范围为40-90度,以0.1度作

为响应的AD区分度要求,则AD须要区分(90-40)/0.1=500个数字量,明显须要10位以上的AD转换器。为

此,选用高精度的12位AD574A。

为了达到测量高精度的要求,选用温度传感器AD590,AD590具有较高精度和重复性(重复性优于0．1℃,其

良好的非线形可以保证优于0．1℃的测量精度,利用其重复性较好的特点,通过非线形补偿,可以达到

0.1℃测量精度.)超低温漂移高精度运算放大器0P07将温度一电压信号进行放大,便于A／D进行转换,以提

高温度采集电路的牢靠性。模拟电路硬件部分见图2。

图2温度电压转换电路

2.2电限制执行电路的设计

由输出来限制电炉,电炉可以近似建立为具有滞后性质的一阶惯性环节数学模型。其传递函数形式为：

可控硅可以认为是线形环节实现对水温的