PID温度自动控制设计.ppt

LOGO PID 调节温度自动控制的设计 论文的结构和主要内容 ? 第一章 电阻炉温度控制系统总体设计 ? 第二章 系统硬件设计 ? 第三章 系统软件设计 ? 第四章 全文总结 ? 温度 是工业生产中常见的工艺参数之一， 任何物理变化和化学反应过程都与温度密切 相关，因此温度控制是生产自动化的重要任 务。对于不同生产情况和工艺要求下的温度 控制，所采用的加热方式，控制方案也有所 不同。例如冶金、机械、食品、化工等各类 工业生产中广泛使用的各种加热炉、热处理 炉、反应炉等；燃料有煤气、天然气、油、 电等。本设计的控制对象为一箱型电阻炉， 输入为加在电阻丝两断的电压，输出为电加 热炉内的温度。控温范围：室温～ 500 ℃， 控制精度：± 1 ℃。 ? 系统 是一个由 C8051F060 单片机控制的 电阻炉温度闭环控制系统。其目的在于对电 阻炉的温度进行精确控制，从而得到需要的 温度。 ? 为了达到较为理想的结果，本设计采用的 设计思路是：首先利用热电偶对电阻炉的温 度进行采集，通过数字滤波，并将此检测值 与给定值比较，然后将其差值进行 PID 控制 运算，其控制输出量通过 C51 引脚和放大电 路，使其输入的高电平（固态继电器的接通 时间是通过触发脉冲加以控制的）直接去控 制可控硅接通时间来对电阻炉进行控制，以 达到接近设定温度值 。 第一章 电阻炉温度控制系统总体设计 数字控制器 执行器 电加热炉 测量与变送装置 给定值 第二章 系统硬件设计 ? 右图 C8051F060 单片机 系统硬件的设计 ? A/D 转换器 ? （ 1 ）多路模拟开关切换电路 ? 因为 C8051F060 只有 2 路高 速 A/D 转换器，而实际上有 4 路 模拟量需要采集，故需要一个多 路模拟切换开关。 NLAS4684 是 两路单刀双执 CMOS 模拟切换开 关，具有很低的导通电阻。当 ADO_CON 、 ADl – CON 为高电 平时，运放的输出 OUT2 进入 ADO 进行 A/D 转换，运放的输出 OUT4 进入 ADl 进行 A/D 转换；当 ADO_CON 、 ADl – CON 为低电 平时，运放的输出 OUTl 进入 ADO 进行 A/D 转换，运放的输出 OUT3 进入 AD1 进行 A/D 转换， 如图所示。 （ 2 ）模拟运算放大电路 系统硬件的设计 ? 从热电偶输出的热电势信号 最多不过几十毫伏 ( 一 般为 0 到 56 mV) ，信号需经运放放 大；且其中包含工频、静电 和磁耦合等共模干扰，对这 种电路放大就需要放大电路 具有很高的共模抑制比以及 高增益、低噪声和高输入阻 抗，因此宜采用测量放大电 路。测量放大器的输入阻抗 高，易与各种信号源匹配， 并且输入失调电压和输入失 调电流及输入偏置电流小， 温漂也较小，因而其稳定性 好。总共有 4 路模拟运算放大 电路。右图为其中一路模拟 运算放大电路。 系统硬件的设计 ? 2.2 热电偶 ? 2.2.1 热电偶的工作原理 ? 热电偶是工程上应用最广泛的温度传感器。它具有 结构简单，使用 方便，准确度高，热惯性小，稳定性和复现性好，温度测量范围宽， 适用于信号的远传自动记录和集中控制 的优点，在温度测量中占有重 要的地位。此外，通过热辐射来测温，不会破坏被测介质的温度场。 ? 热电偶的测温原理的以热电效应为基础的，将任意两种不同的导体 A/ B 组成一闭合回路，只要其连接点 1 、 2 温度不同，在回路就产生热 电动势，这种现象称为 热效应 ，我们就是利用热电偶的热效应来测量 温度的。从物理上看，热电偶回路产生的热电动势主要是由接触电动 势组成的。当两种不同导体 A ， B 接触是时，由于导体两边的自由电子 密度不同，在交界上边产生电子的互相扩散。在开始接触的瞬间若导 体Ａ中自由电子密度大于导体Ｂ中自由电子密度，则导体Ａ向导体Ｂ 扩散的电子数将比导体Ｂ向导体Ａ扩散的电子数多，因而使导体Ａ失 去较多的电子而带正电荷，导体Ｂ得到较多的电子而带负电荷，致使 在导体Ａ、Ｂ接触外产生电场，以阻碍电子在导体Ｂ中的进一步积累 ，最后达到平衡。平衡时，在Ａ、Ｂ两个导体间的电位差称为 接触电 动势 。其值决定于两个导体的材料种类和接触点的温度 。 系统硬件的设计 ? K 型热电 偶分度 表 温度℃ 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 热电动势 mV 0 0.000 0.397 0.798 1.2