單回路溫度控制例子

1、 簡(jiǎn)易單回路溫度控制器設(shè)計(jì) 下 頁(yè)上 頁(yè)返 回一、功能需求和總體思路功能需求功能需求 1)1)設(shè)定溫度顯示、實(shí)時(shí)溫度顯示；設(shè)定溫度顯示、實(shí)時(shí)溫度顯示；2)2)溫度上、下限報(bào)警；溫度上、下限報(bào)警；3)3)溫度上、下限報(bào)警值設(shè)定；溫度上、下限報(bào)警值設(shè)定；4)4)目標(biāo)溫度值設(shè)定；目標(biāo)溫度值設(shè)定；5)5)放大電路放大倍數(shù)設(shè)定；放大電路放大倍數(shù)設(shè)定；6)P6)P、I I、D D控制參數(shù)的設(shè)定；控制參數(shù)的設(shè)定；7)7)手動(dòng)加熱設(shè)定值；手動(dòng)加熱設(shè)定值；8)8)手動(dòng)手動(dòng)/ /自動(dòng)設(shè)定；自動(dòng)設(shè)定； 9)9)溫度零點(diǎn)標(biāo)定；溫度零點(diǎn)標(biāo)定； 10)10)參數(shù)保存；參數(shù)保存；11)11)上位機(jī)目標(biāo)溫度值設(shè)定；上位機(jī)目標(biāo)

2、溫度值設(shè)定；12)12)上位機(jī)實(shí)時(shí)溫度波形曲線圖顯上位機(jī)實(shí)時(shí)溫度波形曲線圖顯示；示；功能需求功能需求 一、功能需求和總體思路下 頁(yè)上 頁(yè)返 回總體設(shè)計(jì)思路總體設(shè)計(jì)思路下 頁(yè)上 頁(yè)返 回下 頁(yè)上 頁(yè)返 回操作模式操作模式 用用8個(gè)數(shù)碼管顯示模式和對(duì)應(yīng)的個(gè)數(shù)碼管顯示模式和對(duì)應(yīng)的參數(shù)，左邊參數(shù)，左邊4 4個(gè)數(shù)碼管顯示模式值，右邊個(gè)數(shù)碼管顯示模式值，右邊4 4個(gè)數(shù)碼管顯示相應(yīng)個(gè)數(shù)碼管顯示相應(yīng)模式對(duì)應(yīng)的參數(shù)值。模式對(duì)應(yīng)的參數(shù)值。 本系統(tǒng)可用本系統(tǒng)可用3 3個(gè)按鍵實(shí)現(xiàn)模式切換和參數(shù)修個(gè)按鍵實(shí)現(xiàn)模式切換和參數(shù)修改操作，這改操作，這3 3個(gè)鍵分別定義為模式鍵、數(shù)值增加個(gè)鍵分別定義為模式鍵、數(shù)值增加鍵和數(shù)值減少

3、鍵。鍵和數(shù)值減少鍵。下 頁(yè)上 頁(yè)返 回模式模式0 0：溫度設(shè)定值和溫度實(shí)時(shí)值顯示（前溫度設(shè)定值和溫度實(shí)時(shí)值顯示（前4 4位數(shù)碼管顯示溫位數(shù)碼管顯示溫 度設(shè)定值，后度設(shè)定值，后4 4位顯示實(shí)時(shí)溫度值）；位顯示實(shí)時(shí)溫度值）；模式模式1 1：設(shè)置和顯示溫度上限報(bào)警值（設(shè)置和顯示溫度上限報(bào)警值（0 012001200）；）；模式模式2 2：設(shè)置和顯示溫度下限報(bào)警值（設(shè)置和顯示溫度下限報(bào)警值（0 012001200）；）；模式模式3 3：設(shè)置和顯示溫度設(shè)定值（設(shè)置和顯示溫度設(shè)定值（0 012001200）；）；模式模式4 4：設(shè)置實(shí)時(shí)溫度采集放大電路的放大倍數(shù)；設(shè)置實(shí)時(shí)溫度采集放大電路的放大倍數(shù)；模式模

4、式5 5：設(shè)置和顯示設(shè)置和顯示PIDPID算法中的比例系數(shù)（算法中的比例系數(shù)（0.000.0050.0050.00）；）；模式模式6 6：設(shè)置和顯示設(shè)置和顯示PIDPID算法中的積分系數(shù)（算法中的積分系數(shù)（0.000.0050.0050.00）；）；模式模式7 7：設(shè)置和顯示設(shè)置和顯示PIDPID算法中的微分系數(shù)（算法中的微分系數(shù)（0.000.0050.0050.00）；）；模式模式8 8：設(shè)置和顯示手動(dòng)輸出值（設(shè)置和顯示手動(dòng)輸出值（0 0100100）模式模式9 9：手動(dòng)手動(dòng)/ /自動(dòng)切換（自動(dòng)切換（1 1：手動(dòng)；：手動(dòng)；0 0：自動(dòng)）：自動(dòng)）模式模式1010：標(biāo)定和顯示實(shí)時(shí)溫度的零點(diǎn)標(biāo)定和

5、顯示實(shí)時(shí)溫度的零點(diǎn)10種工作模式種工作模式下 頁(yè)上 頁(yè)返 回二、溫度測(cè)控電路設(shè)計(jì)溫度檢溫度檢測(cè)電路測(cè)電路 下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 本系統(tǒng)采用本系統(tǒng)采用鎳鉻鎳鉻- -鎳硅（鎳硅（K K分度）熱電偶分度）熱電偶作為作為溫度傳感器。冷端處于室溫，熱端為加熱爐溫度，溫度傳感器。冷端處于室溫，熱端為加熱爐溫度，單片機(jī)的單片機(jī)的A/DA/D通道可以直接采集熱電偶信號(hào)，經(jīng)通道可以直接采集熱電偶信號(hào)，經(jīng)冷端溫度補(bǔ)償后，再查表冷端溫度補(bǔ)償后，再查表K K分度則可以得到熱端分度則可以得到熱端溫度值。溫度值。 室溫的測(cè)量可以通過(guò)室溫的測(cè)量可以通過(guò)AD590AD590將室溫變化為電將室溫變化為電壓信號(hào)，經(jīng)放大后直接送給單

6、片機(jī)的壓信號(hào)，經(jīng)放大后直接送給單片機(jī)的A/DA/D通道，通道，單片機(jī)程序自動(dòng)完成熱電偶信號(hào)的采集和冷端信單片機(jī)程序自動(dòng)完成熱電偶信號(hào)的采集和冷端信號(hào)的采集，計(jì)算出實(shí)際的溫度測(cè)量值。號(hào)的采集，計(jì)算出實(shí)際的溫度測(cè)量值。 下 頁(yè)上 頁(yè)返 回溫度控制電路溫度控制電路 通過(guò)調(diào)節(jié)一定時(shí)間周期內(nèi)的供電時(shí)間比例通過(guò)調(diào)節(jié)一定時(shí)間周期內(nèi)的供電時(shí)間比例（即交流周波數(shù)）來(lái)控制加熱對(duì)象在本周期（即交流周波數(shù)）來(lái)控制加熱對(duì)象在本周期內(nèi)獲得的電能，從而控制其溫度。由于控制內(nèi)獲得的電能，從而控制其溫度。由于控制加溫的時(shí)間比例實(shí)現(xiàn)起來(lái)相對(duì)簡(jiǎn)單，因此周加溫的時(shí)間比例實(shí)現(xiàn)起來(lái)相對(duì)簡(jiǎn)單，因此周波控制方式在溫度控制系統(tǒng)獲得了比較廣泛波

7、控制方式在溫度控制系統(tǒng)獲得了比較廣泛的應(yīng)用，本系統(tǒng)確定采用周波控制方式。的應(yīng)用，本系統(tǒng)確定采用周波控制方式。 控制方式控制方式對(duì)于加熱爐的溫度控制可以采用對(duì)于加熱爐的溫度控制可以采用移相移相控制控制或或周波控制周波控制方式。方式。移相控制方式移相控制方式通過(guò)改變可控硅的導(dǎo)通角來(lái)控制輸出電通過(guò)改變可控硅的導(dǎo)通角來(lái)控制輸出電壓，從控制加熱對(duì)象的溫度，控制電路壓，從控制加熱對(duì)象的溫度，控制電路相對(duì)復(fù)雜，但控制精度比較高。相對(duì)復(fù)雜，但控制精度比較高。周波控制方式周波控制方式下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 單片機(jī)的單片機(jī)的I/0I/0腳輸出低電平時(shí)，控制腳輸出低電平時(shí)，控制SSRSSR使加熱元件接通使加熱元件接通2

8、20V220V交流電源，加熱元件獲得電能，溫度升高；交流電源，加熱元件獲得電能，溫度升高；I/0I/0腳輸出高腳輸出高電平時(shí)，電平時(shí)，SSRSSR開(kāi)路，加熱元件兩端無(wú)電壓，停止加熱，對(duì)象的開(kāi)路，加熱元件兩端無(wú)電壓，停止加熱，對(duì)象的溫度開(kāi)始下降。溫度開(kāi)始下降。周波控制的周波控制的輸出電路輸出電路下 頁(yè)上 頁(yè)返 回設(shè)定一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的加溫周期設(shè)定一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的加溫周期T T，以，以T T為周期對(duì)溫度進(jìn)行采樣，獲為周期對(duì)溫度進(jìn)行采樣，獲得溫度測(cè)量值；得溫度測(cè)量值；根據(jù)設(shè)定值和測(cè)量值的偏差，進(jìn)行根據(jù)設(shè)定值和測(cè)量值的偏差，進(jìn)行PIDPID運(yùn)算；運(yùn)算； 將將PIDPID的輸出轉(zhuǎn)換為的輸出轉(zhuǎn)換為SSRSSR的通斷時(shí)間

9、。的通斷時(shí)間。PIDPID的輸出為的輸出為0 0，則，則SSRSSR接通時(shí)間為接通時(shí)間為0 0，即本周期無(wú)輸出；如果，即本周期無(wú)輸出；如果PIDPID輸出為輸出為100%100%，則，則SSRSSR接接通時(shí)間為通時(shí)間為T(mén) T，即本周期為全輸出；如果，即本周期為全輸出；如果PIDPID的輸出為的輸出為MVMV（百分?jǐn)?shù)（百分?jǐn)?shù)表示），則表示），則SSRSSR的接通時(shí)間為的接通時(shí)間為T(mén) TMV/100MV/100，斷開(kāi)時(shí)間為，斷開(kāi)時(shí)間為T(mén) TT TMV/100MV/100?？刂频木唧w方法控制的具體方法例如：例如：T=120T=120秒，秒，PIDPID計(jì)算結(jié)果為計(jì)算結(jié)果為1 1分分3030秒，則本次

10、秒，則本次2 2分鐘內(nèi)就分鐘內(nèi)就應(yīng)加溫應(yīng)加溫9090秒，停秒，停3030秒；又如秒；又如T=120T=120秒，秒，PIDPID的計(jì)算結(jié)果為的計(jì)算結(jié)果為1 1分分2525秒，則本周期就應(yīng)加溫秒，則本周期就應(yīng)加溫8585秒，停秒，停3535秒。秒。下 頁(yè)上 頁(yè)返 回三、 PID控制算法的實(shí)現(xiàn) 基本偏差基本偏差為為e(t) e(t) ，表示當(dāng)前測(cè)量值與設(shè)定目標(biāo)值之間，表示當(dāng)前測(cè)量值與設(shè)定目標(biāo)值之間的差值，結(jié)果可以是正或負(fù)，設(shè)定目標(biāo)作為被減數(shù)的話，正的差值，結(jié)果可以是正或負(fù)，設(shè)定目標(biāo)作為被減數(shù)的話，正數(shù)表示還沒(méi)有達(dá)到設(shè)定值，負(fù)數(shù)表示已經(jīng)超過(guò)了設(shè)定值。數(shù)表示還沒(méi)有達(dá)到設(shè)定值，負(fù)數(shù)表示已經(jīng)超過(guò)了設(shè)定值。

11、 累計(jì)偏差累計(jì)偏差Sum_e(t)=e(t)+e(t-1)+e(t-2)+ Sum_e(t)=e(t)+e(t-1)+e(t-2)+ +e(1) +e(1)是是每次偏差值的代數(shù)和。每次偏差值的代數(shù)和。 相對(duì)偏差相對(duì)偏差e(t)-e(t-1)e(t)-e(t-1)是用本次的基本偏差減去上一次是用本次的基本偏差減去上一次的基本偏差，以考察當(dāng)前被控量的變化趨勢(shì)，有利于快速反的基本偏差，以考察當(dāng)前被控量的變化趨勢(shì)，有利于快速反應(yīng)。應(yīng)。位置式位置式PIDPID算法計(jì)算公式算法計(jì)算公式Pout(t)=KpPout(t)=Kp* *e(t)+Kie(t)+KiSum_e(t)+KdSum_e(t)+Kd*

12、*(e(t)-e(t-1)(e(t)-e(t-1)下 頁(yè)上 頁(yè)返 回四、控制器和PC之間的數(shù)據(jù)通信 單回路控制器RS-232簡(jiǎn)易數(shù)據(jù)通信命令格式命令字節(jié)數(shù)字節(jié)1字節(jié)2字節(jié)3字節(jié)4傳送方向啟動(dòng)通信20 xaa0 x01 PC 控制器停止通信20 xaa0 x02 PC 控制器改設(shè)定值40 xaa0 x03dataL dataHPC 控制器返回?cái)?shù)據(jù)30 xaadataLdataH PC 控制器下 頁(yè)上 頁(yè)返 回5、溫度控制器軟件流程及參考程序 控制器的軟件由主控制模塊、顯示按鍵處理控制器的軟件由主控制模塊、顯示按鍵處理模塊和頭文件三大模塊組成。模塊和頭文件三大模塊組成。 主控制模塊主要包括主控制模

13、塊主要包括PIDPID計(jì)算、控制以及溫計(jì)算、控制以及溫度采集等部分。度采集等部分。 顯示按鍵處理模塊主要包括按鍵掃描、按顯示按鍵處理模塊主要包括按鍵掃描、按鍵處理、顯示刷新等部分鍵處理、顯示刷新等部分 頭文件模塊主要用于全局變量聲明，在其他模頭文件模塊主要用于全局變量聲明，在其他模塊可以直接調(diào)用此模塊內(nèi)聲明的變量。塊可以直接調(diào)用此模塊內(nèi)聲明的變量。 下 頁(yè)上 頁(yè)返 回主控制模主控制模塊流程塊流程 五、輸出通道的自檢五、輸出通道的自檢 一個(gè)輸出數(shù)字量控制泵的啟停，管路已安裝流量一個(gè)輸出數(shù)字量控制泵的啟停，管路已安裝流量檢測(cè)，在流量檢測(cè)回路沒(méi)有故障情況下檢測(cè)，在流量檢測(cè)回路沒(méi)有故障情況下( (上述直接參數(shù)上述直接參數(shù)判斷法自檢可以保障判斷法自檢可以保障) )，不僅可依據(jù)流量有無(wú)變化情況，不僅可依據(jù)流量有無(wú)變化情況來(lái)判斷該開(kāi)關(guān)、驅(qū)動(dòng)電路、繼電器、交流接觸器、熱來(lái)判斷該開(kāi)關(guān)、驅(qū)動(dòng)電路、繼電器、交流接觸器、熱繼電器、電機(jī)、泵以及現(xiàn)場(chǎng)連線是否正常，而且可以繼電器、電機(jī)、泵以及現(xiàn)場(chǎng)連線是否正常，而且可以根據(jù)泵的流量特性在線判斷泵的性能優(yōu)劣。根據(jù)泵的流量特性在線判斷泵的性能優(yōu)劣。 間接參數(shù)