微控課設陶瓷隧道窯

1、陶瓷隧道窯微機溫度控制系統(tǒng)摘要關鍵詞:隧道窯、計算機、溫度控制隧道窯一般是一條長的直線形隧道,其兩側及頂部有固定的墻壁及拱頂,底部鋪設的軌道上運行著窯車。目前我國陶瓷隧道窯爐大多采用人工或簡單儀表控制,要想使窯爐長期達到最佳工作狀態(tài)是不可能的,造成產品合格率、一級品率一直處于較低的水平。陶瓷隧道窯爐是由預熱帶、燒成帶和冷卻帶三個部分組成,瓷件燒成溫度在1320左右,若用人工控制這個溫度場,不僅控制上有難度控制精度上的問題更大,因此,我們此處引入了計算機控制,通過采集各點的溫度,然后通過A/D轉換送入計算機與設定值進行比較,再輸出并經過相應的硬件進行處理后輸出到執(zhí)行機構進行控制,它不僅能改善控制

2、的精度,還能用軟件代替一些硬件,大大的降低了成本,更主要的是解放了人的勞動力。Ceramic tunnel kiln temperature control system computerAbstractKey words: tunnel kiln, computers, temperature controlTunnel kiln is a general linear-long tunnel on both sides and the top of its walls and roof fixed, the laying of the track at the bottom of the

3、kiln car running. At present, most of China's ceramic tunnel kiln or a simple manual control instruments in order to ensure the kiln to achie ve the best long-term work status is not possible, resulting in the passing rate of products, product rate level has been at the lower level. Tunnel Kiln

4、Ceramics by preheating zone, firing zone and cooling zone is composed of three parts, pieces of porcelain firing temperature of about 1320 , using the manual control of the temperature field, not only difficult to control on the control precision of the problem For this reason,We here introduced a c

5、omputer-controlled by the temperature of collection points, and then through the A / D converter into the computer and compare the settings, and then through the corresponding output and hardware processed output to the control of implementing agencies, which not only to improve the accuracy of cont

6、rol, but also a number of software instead of hardware, greatly reducing costs, more important is the liberation of the people's labor.目錄陶瓷隧道窯微機溫度控制系統(tǒng). - 1 - 摘要. - 1 - Ceramic tunnel kiln temperature control system computer . - 2 - Abstract . - 2 - 第一章工藝對象分析 . - 6 -1.1 工藝描述. - 6 -1.2 控制要求. - 6 -

7、1.3 功能分析. - 7 - 第二章系統(tǒng)分析與選擇 . - 8 -2.1 系統(tǒng)功能分析. - 8 -2.2 系統(tǒng)選擇. - 8 -2.3 軟件算法選擇分析. - 8 -2.4傳感器選擇.- 11 -2.5執(zhí)行機構選擇.- 11 -2.6數字濾波技術選擇.- 11 - 第三章硬件和軟件設計 .- 13 -3.1 硬件設計.- 13 -3.2 數字控制器的設計.- 18 -3.3 軟件設計.- 20 -4.1 系統(tǒng)仿真結構框圖.- 25 -4.2 示波器仿真圖.- 26 -4.3 系統(tǒng)輸出響應曲線.- 26 -4.4仿真計算過程.- 28 - 第五章總結.- 29 - 參考文獻.- 30 -附錄

8、 .- 31 -A 系統(tǒng)電流圖.- 31 -B關鍵程序代碼 .- 31 -1 程控掃描法程序.- 31 -2 A/D(12位轉換程序如下.- 35 -3 D/A(12位轉換器輸出的接口驅動程序.- 36 -4 PID算式程序.- 36 -5 數字濾波程序 .- 39 -6 越限報警程序 .- 40 -第一章 工藝對象分析1.1 工藝描述目前我國陶瓷隧道窯爐大多采用人工或簡單儀表控制,要想使窯爐長期達到最佳工作狀態(tài)是不可能的,造成產品合格率、一級品率一直處于較低的水平。陶瓷隧道窯爐是由預熱帶、燒成帶和冷卻帶三個部分組成,瓷件燒成溫度在1320左右,窯內溫度場主要由燒成帶12對噴嘴燃冷煤氣產生,窯

9、爐系統(tǒng)用8組風機來調節(jié)窯內的壓力場。排煙風、助燃風將直接影響燒成帶的溫度場,急冷風會影響最終產品的質量。 窯溫控制示意圖1.2 控制要求窯溫控制在1320±10范圍內。 被控過程傳遞函數ses s G 403o 251(25.2(-+=1.3 功能分析溫度控制系統(tǒng)將采集的各點溫度值,經A/D轉換后與設定值進行比較,控制器輸出經由D/A變換,變成 420mA形式模擬量輸出給電動執(zhí)行器,驅動蝶形閥調節(jié)噴嘴的煤氣進給量,從而控制燒成帶的溫度。12只溫度傳感器與12個噴嘴一一對應。第二章系統(tǒng)分析與選擇2.1 系統(tǒng)功能分析系統(tǒng)一共用了12個溫度傳感器,然后接入多路選擇開關,由于溫度場的溫度變換

10、比較緩慢,所以這就不用采樣/保持器了,將多路開關的信號接入溫度變送器,將其轉換為標準信號再送入A/D轉換器,經轉換后將其輸入計算機控制系統(tǒng)并與設定值進行比較輸出給D/A轉換器,轉換為標準信號送入電動執(zhí)行機構推動蝶形閥調節(jié)噴嘴的煤氣進給量,從而控制燒成帶的溫度。2.2 系統(tǒng)選擇結合實驗設備以及費用的問題,在此,選用了8088系統(tǒng)。STD總線。2.3 軟件算法選擇分析由控制要求及工藝分析可知隧道窯溫度控制系統(tǒng)的控制對象具有熱儲存能力大,慣性也較大的特點,因而可以歸于具有純滯后的一階大慣性環(huán)節(jié);對于大慣性系統(tǒng)的過渡過程控制,一般可采用以下幾種控制方案: 這種方法通過比較給定值與被控參數的偏差來控制輸

11、出的狀態(tài):開通或關斷,因此控制過程十分簡單,也容易實現;但由于輸出控制量只有兩種狀態(tài),使被控參數在兩個方向上變化的速率均為最大,因此容易引起反饋回路振蕩,控制精度不高;因此,這種控制方案一般在大慣性系統(tǒng)對控制精度和動態(tài)特性要求不高的情況下采用。 比例控制的輸出與偏差成比例關系;當負荷變化時,抗干擾能力強,過渡過程時間短,但過程終了存在余差;適用于控制通道滯后較小、負荷變化不大、允許被控量在一定范圍內變化的系統(tǒng)。 控制器的輸出與偏差的積分成比例,積分的作用使過渡過程結束時無余差,但降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性;PI控制適用于滯后較小,負荷變化不大,被控量不允許有余差的控制系統(tǒng)。 微分的作用使控制器的輸出與

12、偏差變化的速度成比例,它對克服對象的容量滯后有顯著的效果;在比例基礎上加入微分作用,使穩(wěn)定性提高,再加上積分作用,可以消除余差;PID控制適用于負荷變化大、容量滯后較大、控制品質要求又很高的控制系統(tǒng)。結合本例題設計任務與要求,由于陶瓷隧道窯溫度系統(tǒng)的傳遞函數有純滯后環(huán)節(jié),因而很難判斷哪一種控制方法能夠滿足系統(tǒng)對控制品質的要求;但從以上對控制方法的分析來看,PID控制方法最適合本例采用:一方面,由于可以采用計算機實現控制過程,無論哪一種控制方法都不會增加系統(tǒng)硬件成本,而只需對軟件作相應改變即可實現不同的控制方案;另一方面,采用PID的控制方式可以最大限度地滿足系統(tǒng)對諸如控制精度、調節(jié)時間和超調量

13、等控制品質的要求。且其適應性很強。2.4傳感器選擇溫度傳感器的種類較多。熱敏電阻由于非線性而影響其精度;鉑電阻溫度傳感器由于成本高,在一般小系統(tǒng)中很少使用;熱電偶傳感器測溫范圍大。采用鉑銠-鉑熱電偶或者鉑銠-鉑銠熱電偶作為溫度傳感元件,溫度控制控制采用單點控制。在此,選用了鉑銠鉑熱電偶傳感器,它的測溫范圍是-501760。2.5執(zhí)行機構選擇電動執(zhí)行機構接受010mADC或420mADC的輸入信號,并將其轉換成相應的輸出力F和直線位移或輸出力矩M和角位移,以推動相應機構動作。因此,我們選用電動執(zhí)行機構來接受傳感器輸出的420沒mADC直流電流。2.6數字濾波技術選擇在工業(yè)過程控制系統(tǒng)中,由于被控

14、對象所處的環(huán)境比較惡劣,常存在干擾源,如環(huán)境溫度、電場、磁場等,使得采樣值偏離真實值。對于各種隨機出現的干擾信號,在微型機組成的自動檢測系統(tǒng)中,常通過一定的計算程序,對多次采樣信號構成的數據系列進行平滑加工,以提高其有用信號在采樣值中所占的比例,減少乃至消除或削弱各種干擾及噪聲造成的隨機誤差,從而保證系統(tǒng)工作的可靠性。數字濾波的方法有很多種,可以根據不同的測量參數進行選擇。常用的濾波方法有程序判斷濾波、中值濾波、算術平均值濾波、加權平均值濾波、滑動平均值濾波、RC低通數字濾波和復合數字濾波等。根據本設計系統(tǒng)的要求和參數要求選用算術平均值濾波。第三章硬件和軟件設計3.1 硬件設計根據系統(tǒng)總體方案

15、,系統(tǒng)由8088基本系統(tǒng)、前向通道、后向通道和人機對話通道等4個主要的功能模塊組成;8088系統(tǒng)是整個控制系統(tǒng)的核心,前向通道是信息采集的通道,主要包括傳感器、信號放大、A/D轉換等電路,后向通道是實現控制信號輸出的通道,人機對話通道主要由鍵盤、LED顯示和打印機組成。 鍵盤由10個數字鍵和6個功能鍵組成。數字鍵包括0、1、2、3、4、5、6、7、8、9共10個,功能鍵包括A、B、C、D、E、F共6個。其中:A表示確認,B表示取消,C表示溫度設定,D表示修改PID參數,E表示運行,F表示打印。在此,用8255A芯片來外接鍵盤,其電路圖如下: 本控制系統(tǒng)的采用LCD顯示,液晶模塊采用長沙太陽人電

16、子有限公司生產的SMC2004A,該模塊可顯示20×4個字符,電路如圖所示: P3.4腳輸出LCD的選通信號,SMC2004A的總線地址分別為:3F00(寫指令7F00H (讀狀態(tài)、BF00H(寫數據、FF00H(讀數據。用于顯示溫度值。 溫度變送器的特性如下:溫度變化熱電阻阻值變化溫度變送器進行計算輸出420mA信號概述:WRZ系列一體化溫度變送器是熱電阻、熱電偶與變送器的完美結合,以十分簡捷的方式把溫度信號轉換為標準420mA電流信號實現對溫度精確測量與控制。WRZ溫度變送器可與顯示儀、控制系統(tǒng)、記錄儀等調節(jié)器配套使用,并被廣泛應用于石油、化工、發(fā)電醫(yī)藥、紡織、鍋爐等工業(yè)領域。技

17、術指標:儀表主要特點:溫度模塊內部采用環(huán)氧樹脂澆注工藝,適應于各種惡劣和危險場所使用。冷端、溫漂、非線形自動補償。液晶、數碼管、指針等多種指示功能方便現場適時監(jiān)控?；菊`差:±1.0%、±0.5%、±0.25% 二線制輸出、無需補償導線輸出信號:420mA 抗干擾能力強、遠傳性能好負載電阻:250允許范圍為0500結構簡單、合理安裝方便供電電源:24V DC 允許范圍為1830VDC 小型化、安全可靠、使用壽命長溫度漂移:0.015%/三線制、二線制輸入方法通用環(huán)境溫度:-2560、相對濕度:95% 液晶顯示現場溫度,清晰度高,無視覺誤差防爆等級:dIIBT4熱電

18、偶鎳鉻-康銅E01000范圍內任選鎳鉻-鎳硅K01300范圍內任選鉑銠10-鉑S01600范圍內任選鉑銠30-鉑銠6B01800范圍內任選熱電阻鉑熱電阻Pt100-200600范圍內任選銅熱電阻Cu50-50150范圍內任選銅熱電阻Cu100-50150范圍內任選ADC574A技術指標:單一電源,+5V供電,模擬量輸入范圍為0-5V分辨率為12位最大不可調誤差:ADC574A<±1/2LSBADC574A<±1LSB功耗為15mW轉換速度取決于芯片的時鐘頻率電路如圖所示: 隔離放大器采用ISO1002,ISO系列隔離放大器在同一芯片上提供了電源及信號的隔離,該混

19、合集成芯片在同一芯片上集成了一個磁電耦合DC/DC變換電源及一個電流/ 電壓輸出的光電耦合隔離放大器。該芯片除為內部放大電路供電外,還可向外部輸出一路隔離電壓,供外部電路擴展使用。這一特點可方便地為外部電路基準電源及外部放大電路或其他用戶應用電路供電。輸入及輸出側寬爬電距離及內部隔離措施使該芯片可提供3000V AC絕緣電壓。ISO系列產品使用非常方便,幾乎無需外部元件,即可實現信號電流源長線傳輸(如圖。 3.2 數字控制器的設計本文控制算法采用數字PID控制,數字PID控制是應用最廣,技術最成熟的一種調節(jié)方式,其控制結構簡單,參數容易調整,不必求出被控對象的數學模型便可以調節(jié)。PID調節(jié)的實

20、質就是根據輸入偏差值,按比例、積分、微分的函數關系進行運算,其運算結果用以輸出控制。PID表達式為:u ( k = u ( k - 1 + Kp e ( k - e ( k - 1 + KI e ( k + KD e ( k - 2e ( k - 1 + e ( k - 2 離散的PID表達式為:P(k=P(k-1+KpE(k-E(k-1+KI E(k+KDE(k-2E(k-1+E(k-2式中:T:采樣周期E(k:第K次采樣時的偏差值E(k-1:第K-1次采樣時的偏差值E(k-2:第K-2次采樣時的偏差值K:采樣序號:K=0,1,2P(k:第K次采樣時調節(jié)器的輸出Kp:比例系數T I 為積分時

21、間系數T D 為微分時間系數K I:積分系數, K I =Kp×T/T IK D:微分系數, K D =Kp×T D/T在本系統(tǒng)中當蒸球壓力高于給定值,蒸汽調節(jié)閥應該關小,以降低蒸球內的壓力,為達到這種控制效果,控制控制器必須彩反作用控制,這時輸入E(k=R(k-C(k。對于PID 控制器,當偏差值輸出較大時,輸出值會很大,可能導致系統(tǒng)不穩(wěn)定,所以在實際中,需要對調節(jié)器的輸出限幅。 3.3 軟件設計 第四章仿真4.1 系統(tǒng)仿真結構框圖 4.2 示波器仿真圖 4.3 系統(tǒng)輸出響應曲線 4.4仿真計算過程 設置PID參數初值:Kp=0.5;ki=0.1;kd=2.0;仿真后的P

22、ID參數值Kp=0.8645;ki=0.1653;kd=9.5491;第五章總結通過這次工藝系統(tǒng)的設計,我更加的了解到參考文獻2、馬修水,李曉林.傳感器與檢測技術(第二版.電子工業(yè)出版社,20083、馬春燕.微機原理與接口技術(基于32位機.電子工業(yè)出版社,20075、陶永華,尹怡欣,葛蘆生.新型P ID控制及其應用M .北京機械工業(yè)出版社, 19986、李國勇,謝克明,楊麗娟.計算機仿真技術與CAD基于MATLAB的控制系統(tǒng)(第二版,北京:電子工業(yè)出版社.2008-1附錄A 系統(tǒng)電流圖 B關鍵程序代碼1 程控掃描法程序DESEG SEGMENTPORTCNL DW 021BH,021AH,0

23、219H,0218HBUFF DB ?NUM DW 0643HDESEG ENDSSTACK SEGMENTDW 32 DUP(?TOS LABEL WORDSTACK ENDSCODE SEGMENTBEGIN PROC FARASSUME: CS:CODE,DS:DESEG,SS:STACK START: PUSH DSSUB AX,AXPUSH AXMOV AX,DESEGMOV DS,AXMOV AX,STACKMOV SS,AXMOV SP,OFFSET STOSMOV DX,POTCNLMOV AL,90HOUT DX,ALKEYSCAN: CALL DISUPKEYPRO: CA

24、LL KEXAMJZ KEYPROCALL D10 msCALL KEXAMJZ KEYPROKEY1: MOV AH,0FEHMOV BH,0MOV BL,0DEC DXMOV AL,AH KEY2: OUT DX,ALDEC DXDEC DXIN AL,DXCMP AL,0FFHJNZ KEY3ADD BL,04HROL AH,1MOV AL,AHINC DXINC DXAND AL,10HJNZ KEY2JMP KEYSCAN KEY3: INC BHSHR AL,1JC KEY3 KEY4: CALL D10 msCALL KEXAMJNZ KEY4ADD BL,BHDEC BLMOV

25、 BUFF,BLCALL KEYPROBEGIN ENDPD10 ms PROC NEARNEXT: PUSH CXMOV CX,NUMDEC CXJNZ NEXTPOP CXRETD10 ms ENDPKEXAM PROC NEARPUSH DXDEC DXMOV AL,00HOUT DX,ALDEC DXDEC DXIN AL,DXCMP AL,0FFHPOP DXRETKEXAM ENDPDISUP PROC NEARDISUP ENDPCODE ENDSEND START2 A/D(12位轉換程序如下DATA SEGMENTBUF DW?DATA ENDSCODE SEGMENTMAI

26、N PROC FARASSUME:CS:CODE,DS:DA TASTART:MOV AX,DATA ;設置數據段MOV DS,AXMOV BX,OFFSET BUF;數據段緩沖區(qū)地址送BXMOV AL,9AH ;設A、B口及C口高4位為輸入方式,低四位為輸出方式MOV DX,2C3HOUT DX,ALMOV AL,00H ;使R/C為低電平,啟動A/D轉換OUT DX,ALNOPNOPLOOP:DEC DXIN AL,DX ;查詢STS的狀態(tài)TEST AL,80HJNZ LOOPMOV AL,01H ;使R/C=1OUT DX,ALMOV DX,2C1HIN AL,DX ;讀高8位數據MOV

27、 BX+1,AL ;存入數據DEC DXIN AL,DX ;讀低四位數據ANL AL,0F0HMOV BX,AL ;存入數據MOV AH,4COOHINT 21HMAIN ENDPCODE ENDSEND START3 D/A(12位轉換器輸出的接口驅動程序START: MOV DX,ADRESS ;DAC基地址送DX寄存器MOV CL,4SHL BX,CL ;BX中12位數向左對齊MOV AL,BHOUT DX,AL ;寫入高8位數INC DXMOV AL,BLOUT DX,AL ;寫入低4位數INC DXOUT DX,AL ;啟動D/A轉換(AL中為任意數均可HLT4 PID算式程序PID

28、:MOV AX,SPECSUB AX,YKMOV R0,AXMOV R1,AXSUB AX,EK_1MOV R2,AXSUB AX,AEK_1MOV BEK,AXMOV R8,AXMOV AX,R1MOV EK_1,AXMOV AX,R2MOV AEK_1,AXTEST R1,8000HJZ EK1NEG R1EK1:MOV AX,R1SUB AX,TBANDJC I1MOV R3,00HJMP DDDI1:MOV AL,TSMOV AH,00HMOV CX,R1MUL CXMOV CX,KI1DIV CXMOV R3,AXTEST R0,8000HJZ DDDNEG R3 DDD:TEST

29、BEK,8000H JZ DDD1NEG BEKDDD1:MOV AX,BEKMUL CXPUSH AXPUSH DXMOV AL,TSMOV AH,00HMOV CX,0008HMUL CXMOV CX,AXPOP DXPOP AXDIV CXMOV R4,AXTEST R8,8000HJZ DD1NEG R4DD1:MOV AX,R3ADD AX,R4MOV R5,AXJ0 L9L2:MOV AX,R5ADD AX,R2MOV R6,AXJ0 L3L5:MOV AX,R6MOV CX,KPPIMUL CXMOV CX,1000HIDIV CXMOV CX,AXRCL AH,01HPUSHFRCR AL,01HPOPFJC LLL1JZ LLL2MOV AL,7FHJMP LLL2LLL1:CMP CH,0FFHJZ LLL2MOV AL,80HLLL2:MOV R7,ALADD A