電烤箱溫度控制系統(tǒng)

電烤箱溫度控制系統(tǒng)電烤箱的爐溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)院名稱(chēng)：摘要PID控制用途廣泛、使用靈活，已有系列化產(chǎn)品，使用中只需設(shè)定三個(gè)參數(shù) (Kp，Ti和Td)即可。在很多情況下，并不一定需要全部三個(gè)單元，可以取其中的一到兩個(gè)單元，但比例控制單元是必不可少的。在工廠，總是能看到許多回路都處于手動(dòng)狀態(tài)，原因是很難讓過(guò)程在“自動(dòng)”模式下平穩(wěn)工作。由于這些不足，采用PID的工業(yè)控制系統(tǒng)總是受產(chǎn)品質(zhì)量、安全、產(chǎn)量和能源浪費(fèi)等問(wèn)題的困擾。PID參數(shù)自整定就是為了處理PID參數(shù)整定這個(gè)問(wèn)題而產(chǎn)生的?，F(xiàn)在，自動(dòng)整定或自身整定的PID控制器已是商業(yè)單回路控制器和分散控制系統(tǒng)的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)單回路溫度控制系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)，采樣板卡，控制箱，加熱爐體組成。是由計(jì)算機(jī)完成溫度采樣，控制算法，輸出控制，監(jiān)控畫(huà)面等主要功能。控制箱裝有溫度顯示與變送儀表，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，控制量顯示，手控電路等。加熱爐體由烤箱改裝，較A元件和變送器組成。本實(shí)驗(yàn)控制系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)、電烤箱、智能控制儀表、固態(tài)繼電器、通訊模塊、第1章課程設(shè)計(jì)目的與任務(wù)通過(guò)過(guò)程控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)這一教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)，使學(xué)生能在學(xué)完自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表、過(guò)程控制儀表、過(guò)程控制系統(tǒng)等課程以后，能夠靈活運(yùn)用相關(guān)基本知識(shí)和基本養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。在基本掌握過(guò)程控制常規(guī)控制方案的工作原理及參數(shù)整定步驟的基礎(chǔ)上，針對(duì)一具體要求：圖溫度試驗(yàn)系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖圖控制箱面板(單套控制系統(tǒng))第2章?tīng)t溫控制系統(tǒng)的組成2.1設(shè)計(jì)所需設(shè)備及參考資料制系統(tǒng)訓(xùn)教程說(shuō)明書(shū)2.2爐溫控制系統(tǒng)硬件組成塊、于控制箱上。監(jiān)控計(jì)算機(jī)通過(guò)串行通訊與溫度控制器(單回路控制器)連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)烤號(hào)本實(shí)驗(yàn)的檢測(cè)元件為熱電阻pt100。熱電阻最大的特點(diǎn)是工作在中低溫區(qū)，性能穩(wěn)定，測(cè)量精度高。本系統(tǒng)中電爐的溫度被控制在0~300度之間，為了留有余地，我們要將溫度的范圍選在0~400度，它為中低溫區(qū)，所以本系統(tǒng)選用的是熱交流固態(tài)繼電器是一種無(wú)觸點(diǎn)通斷電子開(kāi)關(guān),為四端有源器件。其中兩個(gè)端子為輸入控制端,另外兩端為輸出受控端,中間采用光電隔離,作為輸入輸出之間電氣隔離(浮空)。在輸入端加上直流或脈沖信號(hào),輸出端就能從關(guān)斷狀態(tài)轉(zhuǎn)變成導(dǎo)通狀態(tài)(無(wú)信號(hào)時(shí)呈阻斷狀態(tài)),從而控制較大負(fù)載。整個(gè)器件無(wú)可動(dòng)部件及觸點(diǎn),可實(shí)現(xiàn)相當(dāng)于常用的機(jī)械式電磁繼電器一樣的功能。固態(tài)繼電器如圖所示，電壓數(shù)顯表如圖所示。圖固態(tài)繼電器如下：(1)智能控制儀表CD901的規(guī)格型號(hào)說(shuō)明：PV：輸入值(如：讀入烤箱的溫度值)SV：手動(dòng)給定或程序給定值)出(加熱側(cè))出(冷卻側(cè))CD說(shuō)明：F：PID動(dòng)作及自動(dòng)演算(逆)D：PID動(dòng)作及自動(dòng)演算(正)W：加熱/冷卻動(dòng)作及自動(dòng)演算(水冷)A：加熱/冷卻動(dòng)作及自動(dòng)演算(風(fēng)冷)設(shè)定數(shù)據(jù)：測(cè)定值(PV)：來(lái)自被控對(duì)象的當(dāng)前值設(shè)定值(SV)：與輸入范圍同樣加熱側(cè)比例帶(P)：1~全距~全距冷卻側(cè)比例帶(Pc)：為P的1~1000%積分時(shí)間(I)：1~3600秒微分時(shí)間(D)1~3600秒加熱側(cè)比例周期(T)：1~100秒冷卻側(cè)比例周期(t)：1~100秒限制積分動(dòng)作生效范圍(ARW)：加熱側(cè)比例帶(P)(3)CD901工作原理字通訊、正動(dòng)作、逆動(dòng)作、溫度報(bào)警(加熱器斷線(xiàn)報(bào)警、控制環(huán)斷線(xiàn)報(bào)警)等功能，2.3試驗(yàn)裝置連線(xiàn)步驟按照實(shí)驗(yàn)裝置面板上的連線(xiàn)原理圖將系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的線(xiàn)路連接上，連線(xiàn)原理圖如圖面板上的連線(xiàn)原理圖硬手動(dòng)(手動(dòng)給定)連線(xiàn)：硬手動(dòng)時(shí)分別連接至調(diào)壓模塊接線(xiàn)柱③、④；2.4爐溫控制系統(tǒng)硬件工作原理主機(jī)電源箱、多功能檢測(cè)實(shí)驗(yàn)裝置、光電轉(zhuǎn)速傳感器-光電斷續(xù)器(已裝在轉(zhuǎn)動(dòng)源上)、轉(zhuǎn)動(dòng)源。圖可控硅輸入輸出關(guān)系置入計(jì)算機(jī)，兩路信號(hào)近似線(xiàn)性比例約為60。計(jì)算機(jī)經(jīng)過(guò)計(jì)算處理，得到新的控制第3章人機(jī)界面制作軟件系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)要達(dá)到以下功能要求：，其范圍為0~5V，即實(shí)現(xiàn)A/D功能；UkVDA能；令設(shè)計(jì)方便清晰的人機(jī)畫(huà)面；令可以進(jìn)行開(kāi)環(huán)實(shí)驗(yàn)，并繪制加熱爐升溫曲線(xiàn)；令編程實(shí)現(xiàn)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波；示：圖組態(tài)王工程管理器：圖新建工程向?qū)е唬簣D新建工程向?qū)е簣D新建工程向?qū)е簣D組態(tài)王工程管理器雙擊新建的工程，由于未安裝加密狗，所以會(huì)有以下提示，只能在演示方式下進(jìn)入開(kāi)發(fā)環(huán)境，開(kāi)發(fā)環(huán)境連續(xù)使用兩個(gè)小時(shí)后自動(dòng)關(guān)閉，必須重新啟動(dòng)組態(tài)圖進(jìn)入開(kāi)發(fā)環(huán)境提示按照相應(yīng)的提示操作后，彈出工程瀏覽器窗口、畫(huà)面制作開(kāi)發(fā)系統(tǒng)和組態(tài)王信息窗口，然后就可以進(jìn)行下一步的工作了。 (1)制作“進(jìn)入系統(tǒng)”畫(huà)面，畫(huà)面內(nèi)容主要包括標(biāo)題、系統(tǒng)簡(jiǎn)要說(shuō)明、系統(tǒng)實(shí)物示意圖和畫(huà)面選擇。選中工程瀏覽器左側(cè)的畫(huà)面，在右側(cè)窗口中雙擊“新建”，出現(xiàn)新畫(huà)面屬性對(duì)話(huà)框，如下圖所示：圖新畫(huà)面屬性對(duì)話(huà)框 (2)制作“爐溫實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)”，主要包括：標(biāo)題、參數(shù)設(shè)定、主要參數(shù)顯示、系統(tǒng)畫(huà)面在工程瀏覽器中單擊數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)詞典(如圖5-8)，在右邊窗體中雙擊“新圖模擬值輸出連接變量名稱(chēng)變量類(lèi)型連接設(shè)備數(shù)據(jù)類(lèi)型寄存器PVCD901FLOATM0SVCD901FLOATM8AUTO_TUNINGCD901BITM15H_PCD901FLOATM17H_ICD901FLOATM18H_DCD901FLOATM19ONCD901CD901在建立好的畫(huà)面上雙擊要建立動(dòng)畫(huà)連接的對(duì)象，會(huì)彈出“動(dòng)畫(huà)連接”窗口：畫(huà)連接窗口，對(duì)于三個(gè)按鈕分別輸入：如下圖所示：圖按鈕命令對(duì)話(huà)框?yàn)閧}先單擊菜單項(xiàng)“文件/全部存”，再單擊菜單項(xiàng)“文件/切換到View”；就進(jìn)入運(yùn)行系始繪制溫度采比例控制能迅速反應(yīng)誤差，從而減小誤差，但比例控制不能消除穩(wěn)態(tài)誤差，比例fIDNichols)經(jīng)驗(yàn)公式：fIDTDdt IPID分方程：j=0IDuk)的大幅度變化；增量式算算誤差或計(jì)算PID程為： 流程圖如圖所示：4.4工程整定方法介紹的4:1衰減振蕩(ψ=過(guò)程時(shí)的調(diào)節(jié)器比例帶δ及過(guò)程衰減周期T，據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出ss步驟是：TT→0，比例帶6為一稍大的值；將系id求取ψ=時(shí)的振蕩周期T結(jié)合此過(guò)程下的調(diào)節(jié)器比例帶6，按表4-1計(jì)算出調(diào)節(jié)器的ss-1衰減曲線(xiàn)法計(jì)算公式規(guī)律P00作用，因此系統(tǒng)的穩(wěn)定性將下降，為了仍然能得到ψ=的衰減率，就需將6放大倍后s時(shí)控制系統(tǒng)處于邊界穩(wěn)定狀態(tài)，記下此狀態(tài)下的比例帶值，即臨界比例帶6以及振蕩周期T，然KK動(dòng)：id蕩曲線(xiàn)(3)據(jù)記錄曲線(xiàn)得振蕩周期T，此狀態(tài)下的調(diào)節(jié)器比例帶為6，然后按表計(jì)算出KKP00后將系統(tǒng)程不令人驗(yàn)，直到步驟是：定性下降，這時(shí)應(yīng)將比例帶值6適當(dāng)增大，一般為純比例作用的倍。作階躍擾動(dòng)試接至固態(tài)繼電器端，輸出一個(gè)穩(wěn)定電壓X=220V(檢測(cè)所得)。應(yīng)曲線(xiàn)顯示與上位機(jī)中，待溫度最后穩(wěn)定時(shí)保存數(shù)據(jù)。用繪圖軟件做出響應(yīng)曲線(xiàn)如下圖所示：圖開(kāi)環(huán)溫度響應(yīng)曲線(xiàn)圖局部切線(xiàn)法求參示意圖可得K：00x2200第5章實(shí)驗(yàn)測(cè)試與整定 (1)首先根據(jù)臨屆比例法，測(cè)出相應(yīng)的比例系數(shù)，為左右，通過(guò)前文介紹計(jì)算方法 (2)如上曲線(xiàn)明顯不符合實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，?jīng)檢驗(yàn)，為測(cè)試比例值時(shí)出現(xiàn)死區(qū)，重新測(cè)圖 (3)減小微分時(shí)間，進(jìn)行微調(diào)。