微機控制課程設(shè)計報告_煤氣罩式退火爐溫度控制系統(tǒng)

1、微機控制課程設(shè)計題目：煤氣罩式退火爐溫度控制系統(tǒng)目 錄摘 要 2一、工藝要求 2二、系統(tǒng)分析及硬件設(shè)計 31 系統(tǒng)分析 31分析系統(tǒng) 32系統(tǒng)框圖 53計算過程 52硬件選擇 51 CPU選型 52 熱電偶 53 接口芯片 74 A/D轉(zhuǎn)換器 65 LED顯示 76鍵盤 87光電隔離 98執(zhí)行器 9三、程序設(shè)計101主程序102采樣子程序143濾波子程序144顯示子程序165標度轉(zhuǎn)換子程序166鍵盤子程序177數(shù)字控制器子程序19四、總電路圖24五、課程設(shè)計總結(jié)24六、參考文獻25摘 要煤氣罩式退火爐主要用于對冷軋鋼板進行熱處理，采用高爐煤氣作為燃料。其爐體結(jié)構(gòu)如下列圖所示，它有內(nèi)罩與外罩，在

2、內(nèi)罩內(nèi)放入退火鋼卷，并投入保護性氣體防止氧化。燃燒在內(nèi)罩與外罩之間進行。12個噴嘴分為上下兩層，煤層六個環(huán)a繞排列。煤氣和空氣的噴燃比由連接兩個閥門的連桿所固定，這樣在燃燒時，其空然比不變。爐溫控制系統(tǒng)測點為保護性氣體溫度T1，目前工藝定為控制溫度。煤氣和空氣閥均為堞閥，由一臺電動執(zhí)行器通過連桿共同帶動。整個系統(tǒng)可以認為是以保護氣體溫度為輸出，以電動執(zhí)行器帶動的蝶閥開度對應(yīng)于煤氣輸入量為輸入的一個單輸出單輸入的溫度控制系統(tǒng)。 系統(tǒng)模型 一、工藝要求工業(yè)模型圖退火溫度工藝要求溫度在升溫、保溫過程中按一定的工藝曲線升溫和保溫，在此過程中，實際溫度與給定工藝溫度曲線的偏差不許超20,而降溫過程為自由

3、降溫，溫控系統(tǒng)不作起用。在y1400溫度內(nèi)，保護氣體溫度在供氣閥門開到最大情況下，以自由升溫的速率在最短時間內(nèi)升到y(tǒng)1400，從y1400開始到y(tǒng)2700的保溫點，溫度按45-75/h的速率上升，此段為升溫段。到y(tǒng)2點，那么開始進入保溫段，以y2為恒值溫度進行保溫。鋼卷保溫t3-t2后?；穑M入降溫段，在此段中溫控系統(tǒng)停用。微機自動調(diào)節(jié)：正常工況下，系統(tǒng)投入自動。模擬手動操作：當系統(tǒng)發(fā)生異常，投入手動控制。微機監(jiān)控功能：顯示當前被控量的設(shè)定值、實際值、控制量的輸出值、參數(shù)報警時有燈光報警。二、系統(tǒng)分析及硬件設(shè)計1分析系統(tǒng)煤氣罩式退火爐溫度控制系統(tǒng)的測點為保護性氣體溫度T1，煤氣和空氣閥均為蝶閥

4、，由一臺電動執(zhí)行器通過連桿共同帶動。整個系統(tǒng)可以認為是保護氣體溫度為輸出，以電動執(zhí)行器帶動的蝶閥開度為輸入的一個單輸出單輸入的溫度控制系統(tǒng)。大林算法的設(shè)計目標是設(shè)計一個適宜的數(shù)字控制器，使整個閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)相當于一個帶有純滯后的一階慣性環(huán)節(jié)，即通常認為對象與一個零階保持器相串聯(lián)， 相對應(yīng)的整個閉環(huán)系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù)是：2系統(tǒng)框圖：3計算過程傳遞函數(shù)： 閉環(huán)傳遞函數(shù)：計算UK：根據(jù)上式，求得Uz，進而離散化得到下式：U(K)=6.974* E(K)0.797* E(K-1)0.1144* U (K-1)+U(K-3)2硬件選擇 1CPU選型在本次設(shè)計中，我們采用了MCS-51單片機，MCS-

5、51是在一塊芯片中集成了CPU，RAM，ROM，定時器/計時器和多功能I/O口等一臺計算機所需要的根本功能部件。2熱電偶根據(jù)采樣溫度值的變化范圍， 傳感器選擇熱電偶。因為它測溫范圍廣，可以在1至2800的范圍內(nèi)使用，精度高，性能穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單，動態(tài)性好。在系統(tǒng)中選用N型鎳鉻硅鎳硅熱電偶傳感器，其使用溫度為2001300,它具有線性度好，熱電式大，靈敏度高、穩(wěn)定性好，抗氧化性，價格廉價等優(yōu)點，所以，適合于本系統(tǒng)。由于工業(yè)用爐體積比擬大，會出現(xiàn)爐內(nèi)溫度不均狀況。為使采樣系統(tǒng)更加準確的對溫度進行采樣，本系統(tǒng)設(shè)置了五個不同的采樣點，在同一時刻進行采樣，其平均值作為最后的采樣的結(jié)果。采樣點位置分布圖熱電

6、偶電路圖3接口芯片該系統(tǒng)的接口芯片采用8255并行接口芯片。其中，B端口工作于0方式輸出狀態(tài)，A端口工作于0方式輸入狀態(tài)。4A/D轉(zhuǎn)換器由于A/D轉(zhuǎn)換采用ADC0809，為多通道AD轉(zhuǎn)換器。其工作為查詢方式。將轉(zhuǎn)換結(jié)束信號EOC作為狀態(tài)信號，經(jīng)三態(tài)門接入數(shù)據(jù)總線最高位D7。啟動轉(zhuǎn)換后，不斷檢測D7位是否為1，就可以知道轉(zhuǎn)換是否結(jié)束。狀態(tài)斷口的地址假設(shè)為238H。利用ADC0809芯片中的多路開關(guān)，我們可以實現(xiàn)8個模擬信號的分時轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)地址總線的低3位分別連接ADC0809的地址線C、B、A，在啟動A/D轉(zhuǎn)換的同時，選定要進行轉(zhuǎn)換的模擬通道，對應(yīng)8個模擬通道的I/O地址分別為220-227H。

7、(5)LED顯示系統(tǒng)六位LED靜態(tài)顯示，此種方式可以節(jié)省大量的機時。地址譯碼得其地址依次為0178H、0179H、017AH、017BH、017CH、017DH。74LS244為LED的驅(qū)動電路，每個LED有一個74LS377作為鎖存器，芯片通過74LS138譯碼進行選擇。 LED硬件圖(6)鍵盤輸入控制鍵盤采用8255接2×3鍵盤矩陣,采用軟件延時去抖動方式。鍵盤各局部的功能為：1.翻開： 系統(tǒng)各組成局部開始供電，并處于待機狀態(tài)。主程序開始反復(fù)掃描鍵盤，直到有鍵按下轉(zhuǎn)到相應(yīng)的功能。 2.關(guān)閉： 系統(tǒng)無處于任何狀態(tài)開始斷，步進電機處于斷電前狀態(tài)。3.自動： 系統(tǒng)處于自動運行方式。4.

8、手動： 系統(tǒng)處于手動方式，在手動方式中系統(tǒng)不執(zhí)行PID算法程序由人工來調(diào)整溫度。5.升溫： 按下時溫度閥門開始開到最大，溫度開始升高。6.降溫： 按下時，閥門關(guān)閉，溫度開始下降。7.報警器:全軟件報警程序,被測參數(shù)如溫度、壓力、流量、速度、成分等參數(shù)經(jīng)傳感器、變送器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，送到微型機后，再與規(guī)定的上、下限值進行比擬，根據(jù)比擬的結(jié)果進行報警或處理，整個過程都由軟件實現(xiàn)。這種報警程序又可分簡單上、下限報警程序，以及上、下限飽經(jīng)處理程序。PIO接口地址為A/D轉(zhuǎn)換器8位數(shù)據(jù)輸入口。B口PB4,作為A/D轉(zhuǎn)換的啟動信號。B口PB0PB3分別作為上限、下限、正常情況及電笛報警信號。其上限報警模型

9、0F1H,下限報警模型0F2H，正常情況報警模型0F3H。報警器電路連接圖(7)光電隔離由于現(xiàn)場溫度過高，為了抗干擾，或一旦驅(qū)動電路發(fā)生故障，造成功率放大器中的高電平信號進入微型機而燒毀器件，在驅(qū)動器與微型機之間加一極光電隔離器，其原理圖所示。光電隔離器圖(8)執(zhí)行器電動執(zhí)行器是自動控制系統(tǒng)中的一個重要組成局部，它接收來自調(diào)節(jié)儀表的電信號，用電動執(zhí)行機構(gòu)將其轉(zhuǎn)換成適當?shù)亓蛄?，以推動各類調(diào)節(jié)閥或其它執(zhí)行機構(gòu)，從而到達自動生產(chǎn)的目的。電動執(zhí)行器與氣動執(zhí)行器相比，具有動作靈敏，能源取用方便，信號傳遞快捷和適合遠距離控制的優(yōu)點。它由執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)機構(gòu)兩局部組成，其中將調(diào)節(jié)控制信號轉(zhuǎn)換成為力或力矩的

10、局部叫做電動之行機構(gòu)，各種調(diào)節(jié)閥或調(diào)節(jié)設(shè)備統(tǒng)稱為調(diào)節(jié)機構(gòu)。三、程序設(shè)計1主程序程序流程圖：轉(zhuǎn)上限報警主程序開始初始化參數(shù)設(shè)置調(diào)用溫度采樣子程序調(diào)用溫度數(shù)值轉(zhuǎn)換和BCD碼轉(zhuǎn)換程序調(diào)用顯示子程序濾波后采樣值上限報警值濾波后采樣值上限報警值正常報警調(diào)用數(shù)字控制子程序返回轉(zhuǎn)上限報警.程序:ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0003H AJMP KEYS ORG 000BH AJMP PIT0 ORG 001BH AJMP PIT1 ；中斷入口及優(yōu)先級MAIN： MOV SP，#00H CLR 5FH ：清上下限限越標志 MOV A，#00HMOV R7，#09HMOV R0，#28HLP

11、1： MOV R0，AINC R0 DJNZ R7，LP1MOV R7，#06HMOV R0，#39HLP2： MOV R0，AINC R0DJNZ R7，LP2MOV R7，#06HMOV RO，#50HLP3： MOV R0，AINC R0DINZ R7，LP3 ；清顯示緩沖區(qū)MOV TMOD，#56H ；T0方式2，T1方式1計數(shù)MOV TLO，#06HMOV THO，#06H MOV 25H，#2BCH ；設(shè)定值默認值700SETB TR0 ；鍵盤高優(yōu)先級SETB ET0SETB EX0SETB EA ；開鍵盤T0。T1中斷LOOP：MOV R0，#56H MOV R1，#55H LC

12、ALL SCACOV ；標度轉(zhuǎn)化 MOV R0，#53H LCALL DIR NOP LCALL DLY10MS NOP LCALL DLY10MS AJMP LOOP ；等中斷KEYS： CLR EX0 ；鍵盤子程序 CLR EA PUSH PSW PUSH ACC ；關(guān)中斷 LCALL DLY10MS ；消抖CC： JB P3.2 AASETB 5DH ；置“顯示設(shè)定值溫度值標志MOV A，25H ；取運算位的值MOV B，#10H ；BCD碼轉(zhuǎn)化DIV A BMOV 52H， AMOV A, BMOV 51H, AMOV R0, #50HLCALL DIR ;顯示設(shè)定溫度NOPLCALL

13、 DLY10MSNOPLCALL DLY10MSJB P1.7 ,BBMOV R1,#25HLCALL DAAD1NOPLCALL DLY10MSAJMP CCBB: JB P1.6 CCMOV R1,#25HLCALL DEEC1NOPLCALL DLY10MSAJMP CCAA: POP ACCPOP PSWSETB EX0SETB EA ;出棧RETIDAAD1: MOV A,#00H ORL A,R1 ADD A,#01H CJNE A,#17CH,DAAD2 ;超過380度了嗎?DAAD3: MOV R1,ADAA: RETDAAD2: JC DAAD3MOV R1,#2BCH ;超

14、過380那么轉(zhuǎn)回到700AJMP DAADEEC1: MOV A,R1DEC A CJNE A,#2A8H,DEEC2 ;低于680度了嗎?DEEC3: MOV R1,A DEE : RETDEEC2: JNC DEEC3 MOV R1,#17CH ; 低于680那么轉(zhuǎn)回到380AJMP DEE PTT0: CLR EA ； T0中斷子程序PUSH ACCPUSH PSWPUAH DPLPUSH DPHSETB EA ;壓棧后開中斷響應(yīng)鍵盤PPP: LCALL SMAP ；采樣數(shù)據(jù)LCALL FILTER ; 數(shù)字濾波MOV A,2AH ;取采樣值CJNE A,#17CH,AAA ;下限380

15、比擬AJMP BBBAAA: JC CCC ;小于380度轉(zhuǎn)CJNE A,#2D0H ,DDD ;上限720比擬AJMP BBB ;轉(zhuǎn)至380720正常范圍處理DDD: JC BBBCLR P1.2 ;大于720黃燈亮SETB 5EHCLR P1.1 ;置標志 啟動風扇AJMP PPPCCC: CLR P1.3 ;小于380紅燈亮SETB 5FHBBB: CLR P1.0 ;置標志啟動電爐AJMP PPPCLR 5EHCLR 5FH ;400700之間正常LCALL DLJNB 20H,EEF ;設(shè)定溫度小于實際值轉(zhuǎn)到DLMOV A,29HLCALL FFFLOOP10: MOV R0,#56

16、H ;存放相乘結(jié)果的首址MOV R1,#55H ;賦顯示緩沖區(qū)最高位地址LCALL SCACOV ；標度轉(zhuǎn)化MOV R0,#53H ; 賦顯示首址 CLR DIR JB D5H,LOOP10 ; 等待T1中斷 CLR EA POP DPH POP DPL POP PSWSETB EAPOP ACCRETIEEE: MOV A,28H ;DL處理 LCALL FFFAJMP LOOP10FFF: CRL A ;根據(jù)DL結(jié)果計算T1初值 INC A MOV TL1,A MOV TH1,#0FFH SETB PI1 SETB TR1 SETB ET1 RET2采樣子程序程序清單SWAP: MOV R

17、0,#20H MOV R1,#03HSAW1: MOV DPTR,#7FF8H MOVX DPTR A ；A/D轉(zhuǎn)化 MOV R2,#20HDLY: DJNZ R2,DLY ; 延時HERE: JB P3.3 ,HEREMOV DPTR,#7FF8HMOVX A,DPTR ;讀轉(zhuǎn)化結(jié)果MOV R0,AINC R0DJNZ R1,SAM1RET3濾波子程序程序流程圖中值濾波子程序CX串長DICX-1SAMP+BXSAMP+BX+2BXBX+2CXDIBXN/2RESULTSAMP+BXSAMP+BXSAMP+BX+2CX1=0？CX=0？返回BX0程序清單FILTER: MOV A, 20HCJ

18、NE A,2DH CMP1AJMP CMP2CMP1: JNC CMP2 XCH A,2DH XCH A,2CHCMP2: MOV A,2DH CJNE A,22EH,CMP3 MOV 2AH,A AJMP RRCMP3: JC CMP4 MOV 2AH,A AJMP RRCMP4: MOV A,2EHCJNE A,2CH,CMP5MOV 2AH ,AAJMP RRCMP5: JC CMP6 XCH A,2CHCMP6: MOV 2AH,ARR: RET4顯示子程序程序清單DIR: MOV SCON ,#00H ;置串行口移位存放器狀態(tài)SETB P1.4 ;開顯示JB 5DH,DL1 ;顯示設(shè)

19、定溫度DL2: MOV DPTR,#SEGTDL0: MOV A,R0MOVC A,A+DPTRMOV SBUF ,ALOOP1: JNB TI, LOOP1 CLR TIINC R0MOV A,R0MOVC A,A+DPTRANL A, #7FH ；使數(shù)帶小數(shù)點MOV SBUF ,ALOOP2: JNB TI,LOOP2CLR TIINC R0MOV A,R0MOVC A,A+DPTRMOV SBUF,ALOOP3: JNB TI,LOOP3CLR TICLR 5DHRETDL1: MOV 50H,#0AH AJMP DL2SEGT: DB 0C0H ,0F9H,0A4H,0B0H,99H,

20、92H,82H,0F8H,80H,90H,0FFH(5)標度轉(zhuǎn)換子程序程序清單SCACOV : PROC NEAR MOV DX,0 MOV DATA1,#258H MOV DATA2,#708H MOV DATA3,#960H PROC NEAR MOV DX,0 MOV AX,DATAP CMP AX,DATA3 JAE Q3DOR CMP AX,DATA2 JAE Q3-Q2 CMP AX,DATA3 JAE Q2-Q1 Q0: MOV BX,0.8H MUL BX ADC DX,0 JMP DONEQ2-Q1: MOV AX,#15EH Q3-Q2: SUB AX,DATA2 MUL

21、BX MOV AX,#15EH SUB AX,BX MOV R1,APP: RET(6)鍵盤子程序程序清單KEYS： CLR EX0 CLR EA PUSH PSW PUSH ACC ；關(guān)中斷 LCALL DLY10MS ；消抖CC： JB P3。2 AASETB 5DH ；置“顯示設(shè)定值溫度值標志MOV A，25H ；取運算位的值MOV B，#10H ；BCD碼轉(zhuǎn)化DIV A BMOV 52H， AMOV A, BMOV 51H, AMOV R0,#50HLCALL DIR ;顯示設(shè)定溫度NOPLCALL DLY10MSNOPLCALL DLY10MSJB P1.7 ,BBMOV R1,#2

22、5HLCALL DAAD1NOP LCALL DLY10MS AJMP CCBB: JB P1.6 CCMOV R1,#25HLCALL DEEC1NOPLCALL DLY10MSAJMP CCAA: POP ACCPOP PSWSETB EX0SETB EA ;出棧RETI(7)數(shù)字控制器子程序程序流程圖數(shù)字控制器計算程序輸入濾波后采樣值及給定值求偏差EK計算a0e(k) 計算a1e(k-1)計算a0e(k)-a1e(k-1)計算b1u(k-1)計算a0e(k)-a1e(k-1)+b1u(k-1)計算b2u(k-3)U(k)=a0e(k)+a1e(k-1)+b0u(k-1)+b1u(k-3)

23、傳遞數(shù)據(jù)為下一次采樣做準備子程序 返回程序清單此程序用PLC單片機語言實現(xiàn)：大林算法程序該程序的功能是實現(xiàn)U(K)=6.974* E(K)0.797* E(K-1)0.1144* U (K-1)+U(K-3)的迭代入口：E1為規(guī)格化數(shù)出口：OP1為規(guī)格化數(shù)LIST P=16F877INCLUDE P16FACCALO EQU 20ACCAHI EQU 21EXPA EQU 22ACCBLO EQU 23ACCBHI EQU 24EXPB EQU 25ACCCLO EQU 26ACCCHI EQU 27ACCDLO EQU 28ACCDHI EQU 29TEMP EQU 2ATEMP1 EQU

24、30TIMES EQU 31SIGN EQU 2BCOUNT EQU 2FACCEHI EQU 30ACCELO EQU 31OP1LO EQU 32OP1HI EQU 33OP1EX EQU 34 ;U(K)OP2LO EQU 35OP2HI EQU 36OP2EX EQU 37 ;U(K-1)OP3LO EQU 38OP3HI EQU 39OP3EX EQU 3A U(K-2)OP4LO EQU 3BOP4HI EQU 3COP4EX EQU 3D U(K-3)E1LO EQU 3EE1HI EQU 3FE1EX EQU 40 E(K)E2LO EQU 41E2HI EQU 42E2EX

25、EQU 43 E(K-1)TEM1LO EQU 44TEM1HI EQU 45TEM1EX EQU 46TEM2LO EQU 47TEM2HI EQU 48TEM2EX EQU 49ORG 0X000START GOTO DALINDALIN MOVLW 0XCAMOVWF ACCBLOMOVLW 0X37MOVWF ACCBHIMOVLW 0X03MOVWF EXPBMOVF E1LO,0MOWF ACCALOMOVF E1HI,0MOWF ACCAHIMOVF E1EX,0MOWF EXPA ；6.974* E(K)CALL F_mpy ;調(diào)用乘法子程序MOVF ACCBLO,0MOVWF

26、 TEM1LOMOVF ACCBHI,0MOVWF TEM1HIMOVF EXPB,0MOVWF TEM1EX ；將積存入tem1MOVLW 0X01MOVWF ACCBLOMOVLW 0X33MOVWF ACCBHIMOVLW 0X00MOVWF EXPBMOVF E2LO,0MOWF ACCALOMOVF E2HI,0MOWF ACCAHIMOVF E2EX,0MOWF EXPA ；0.797* E(K-1)CALL F_mpy ;調(diào)用乘法子程序MOVF TEM1LO,0MOVWF ACCALOMOVF TEM1HI,0MOVWF ACCAHIMOVF TEM1EX,0MOVWF EXPA

27、 ; 6.974* E(K)0.797* E(K-1)CALL F_sub ;調(diào)用加法子程序MOVF ACCBLO,0MOVWF TEM1LOMOVF ACCBHI,0MOVWF TEM1HIMOVF EXPB,0MOVWF TEM1EX ；將6.974* E(K)0.797* E(K-1)的和存入tem1MOVLW 0X92MOVWF ACCBLOMOVLW 0X3AMOVWF ACCBHIMOVLW 0XFDMOVWF EXPBMOVF E1LO,0MOWF ACCALOMOVF E1HI,0MOWF ACCAHIMOVF E1EX,0MOWF EXPA ；0.1144* U (K-1)C

28、ALL F_mpy ；調(diào)用乘法子程序MOVF TEM1LO,0MOVWF ACCALOMOVF TEM1HI,0MOVWF ACCAHIMOVF TEM1EX,0MOVWF EXPA ; 6.974* E(K)0.797* E(K-1)0.1144* U (K-1)CALL F_add ;調(diào)用加法子程序MOVF ACCBLO,0MOVWF TEM1LOMOVF ACCBHI,0MOVWF TEM1HIMOVF EXPB,0 ；將6.974* E(K)0.797* E(K-1) 0.1144* U (K-1)的和存入tem1MOVWF TEM1EX MOVLW 0X2DMOVWF ACCBLOMOVLW 0X38MOVWF ACCBHIMOVLW 0X00MOVWF EXPBMOVF OP4LO,0MOWF ACCALOMOVF OP4HI,0MOWF ACCAHIMOVF OP4EX,0MOWF EXPA ；0.8856*U(K-3)CALL F_mpy ;調(diào)用乘法子程序MOVF