【正文】 23 溫度采集轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計 23 電壓電流轉(zhuǎn)換電路 25 溫度顯示電路 26 數(shù)字電壓表電路原理 26 ICL7107 管腳排列 27 6 PID 功能簡介及系統(tǒng)的設(shè)置與調(diào)試 28 PID 控制器的組成及作用 29 PID 基本構(gòu)成及功能概述 30 本系統(tǒng)設(shè)計的參數(shù)設(shè)置介紹 32 PID 恒溫控制系統(tǒng)接線圖 34 系統(tǒng)的調(diào)試 35 結(jié)論?????????????????????????????? ?? 36 2 致謝?????????????????????????????? ?? 37 參考文獻?????????????????????????????? 38 附錄 A Pt1000 分度表? ???????????????????? ??? 39 1 1 緒論 恒溫控制的意義 在工業(yè)上 ， 隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展， 溫度控制是工業(yè)生產(chǎn)過程 和社會生活 中經(jīng)常遇到的過 程控制， 人們需要對各種加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐和鍋爐中溫度進行監(jiān)測和控制。 特別是在冶金、化工、建材、食品、機械、石油等工業(yè)中，具有舉足重輕的作用，其溫度的控制效果直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量，因而設(shè)計一種較為理想的溫度控制系統(tǒng)是非常有價值的。 工 業(yè)生產(chǎn)中溫度控制具有單向性、時滯性、大慣性和時變性的特征，同時要實現(xiàn) 溫度控制的快速性和準確性，對于提高產(chǎn)品質(zhì)量具有很重要的現(xiàn)實意義。 在日常生活中，人們 也 經(jīng)常碰到需要控制溫度的問題。例如，冬天做面包時，酵母菌發(fā)酵緩慢，甚至不能發(fā)酵，這時，人們常采用加熱的方法提高發(fā)酵溫度，但若 經(jīng)驗不足，溫度提得過高，則容易把酵母菌殺死。又如，有的地區(qū)冬天很冷，需要室內(nèi)取暖，這這樣的溫度又不能過高，也不能太低，所以需要采用比較可靠的恒溫裝置。再如，有些家庭喜歡養(yǎng)金魚，到了冬天，常擔心溫度太低而使魚凍死。總之，類似的問題在日常生活中常常碰到。所有這些，如果采用恒溫控制裝置，就可以得到解決。所以設(shè)計一個較可靠的恒溫控制電路，是具有非常重要的價值意義的。本課題設(shè)計的是一個簡單實用的恒溫控制器，它可以根據(jù)使用者的實際需要，將溫度設(shè)定在某一范圍，當溫度低于設(shè)定溫度時，電路會自動控制變頻器的頻率使電機轉(zhuǎn)速下降 ，風(fēng)力降低，恒溫箱的溫度升高，當高于設(shè)定溫度時，電路會自動控制變頻器的頻率使電機轉(zhuǎn)速上升，風(fēng)力增大，恒溫箱的溫度降低。本電路經(jīng)濟、可靠，對于工業(yè)生產(chǎn)及日常生活中需要恒溫的地方，一般均能適用。 對于不同場所、不同工藝、所需溫度高低范圍不同、精度不同，則采用的測溫元件、測溫方法以及對溫度的控制方法也將不同；產(chǎn)品工藝不同、控制溫度的精度不同、時效不同，則對數(shù)據(jù)采集的精度和采用的控制算法也不同。因而，對溫度的測控方法要 多種多樣。隨著電子技術(shù)和微型計算機的迅速發(fā)展，微機測量和控制技術(shù)也得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。利 用微機對溫度進行測控的技術(shù)，也便隨之而生，并得到日益發(fā)展和完善，越來越顯示出其優(yōu)越性。 雖然 現(xiàn)有的溫度傳感元件大多為模擬器件（ 如 熱電耦）體積大、應(yīng)用復(fù)雜、而且不容易實現(xiàn)數(shù)字化等缺點，阻礙了應(yīng)用領(lǐng)域的擴展。 但是這些器件相對來說比較經(jīng)濟，在畢業(yè)設(shè)計中不必要花那么昂貴的電子產(chǎn)品，2 在此我們采用的是市場上最為常見的鉑電阻，通過測溫電路來 實現(xiàn)了對溫度的實時測量與恒定控制。 實現(xiàn)恒溫控制的方法有很多，傳統(tǒng)的控制方法普片是利用 PLC 自適應(yīng)控制加熱絲實現(xiàn)恒溫控制，還有利用模擬 PID 調(diào)節(jié)的恒溫控制，另外還有基于單片機的恒溫控制系 統(tǒng)。由于利用 PLC 還要利用模擬 PID 調(diào)節(jié)的恒溫控制，其算法需要查表轉(zhuǎn)換，比較復(fù)雜 ， 單片機的恒溫控制系統(tǒng)電路較為復(fù)雜，而且不是很穩(wěn)定。所以我們采用了 變頻器 PID 自動計算控制， 集合電子電路來 實現(xiàn)恒溫 控制。 變頻恒溫系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 變頻調(diào)速技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展與現(xiàn)狀 變頻器的快速發(fā)展得益于電力電子技術(shù)、計算機技術(shù)和自動控制技術(shù)及電機控制理論的發(fā)展。 1964 年，最先提出把通信技術(shù)中的脈寬調(diào)制 PWM 技術(shù)應(yīng)用到交流傳動中的是德國人。 20 世紀 80 年代初，日本學(xué)者提出了基于磁通軌跡的磁通軌跡控制方法。 從 20 世紀 80 年代后半期開始，美、日、德、英等發(fā)達國家的基于 VVVF 技術(shù)的通用變頻器已商品化并廣泛應(yīng)用。在我國， 60%的發(fā)電量是通過電動機消耗掉的，因此如何利用電機調(diào)速技術(shù)進行電機運行方式的改造以節(jié)約電能，一直受到國家和業(yè)界人士的重視?，F(xiàn)在，我國約有 200 家左右的公司、工廠和研究所從事變頻調(diào)速技術(shù)的工作，但自行開發(fā)生產(chǎn)的變頻調(diào)速產(chǎn)品和國際市場上的同類產(chǎn)品相比，還有比較大的技術(shù)差距。隨著改革開放和經(jīng)濟的高速發(fā)展，我國采取要么直接從發(fā)達國家進口現(xiàn)成的變頻調(diào)速設(shè)備，要么內(nèi)外結(jié)合，即在自行設(shè)計制造的成套裝置中采用外 國進口或合資企業(yè)的先進變頻調(diào)速設(shè)備，然后自己開發(fā)應(yīng)用軟件的辦法，很好地為國內(nèi)重大工程項目提供了電氣傳動控制系統(tǒng)的解決辦法，適應(yīng)了社會的需要?？傊?，雖然國內(nèi)變頻調(diào)速技術(shù)取得了較好的成績，但是總體上來說國內(nèi)自行開發(fā)、生產(chǎn)相關(guān)設(shè)備的能力還比較弱，對國外公司的依賴還很嚴重 。 3 變頻恒 溫 系統(tǒng)的研究與現(xiàn)狀 變頻恒溫在變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展之后逐漸發(fā)展起來的。在早期，由于國外生產(chǎn)的變頻器的功能主要限定在頻率控制、升降速控制、正反轉(zhuǎn)控制、起動控制以及制動控制、壓頻比控制以及各種保護功能。應(yīng)用在變頻恒溫供氣系 統(tǒng)中，變頻器僅作為執(zhí)行機構(gòu)，為了滿足供氣量大小需求不同時，保證溫度恒定，需在變頻器外部提供溫度控制器和溫度傳感器，對溫度進行閉環(huán)控制。隨著變頻技術(shù)的發(fā)展和變頻恒溫供氣系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性以及自動化程度高等方面的優(yōu)點以及顯著的節(jié)能效果被大家發(fā)現(xiàn)和認可后，國外許多生產(chǎn)變頻器的廠家開始重視并推出具有恒壓恒溫供氣功能的變頻器，像日本 Samco 公司，就推出了將 PID 調(diào)節(jié)器和 PLC 可編程控制器等硬件集成在變頻器控制的基板上，通過設(shè)置指令代碼實現(xiàn) PLC 和 PID 等電控系統(tǒng)的眾多功能，對社會上各式各樣的控制系統(tǒng)帶來了一個嶄新 的科技。目前國內(nèi)有不少公司在做變頻控制工程，其中恒溫和恒壓控制最為普片，大多采用國外的變頻器控制風(fēng)機電機的轉(zhuǎn)速；也有的采用可編程控制器 (PLC)及相應(yīng)的軟件予以實現(xiàn)；有的采用單片機及相應(yīng)的軟件予以實現(xiàn)。但在系統(tǒng)的動態(tài)性能、穩(wěn)定性能、抗擾性能以及開放性等多方面的綜合技術(shù)指標來說，還遠遠沒能達到所有用戶的要求。該變頻器將溫度閉環(huán)調(diào)節(jié)與循環(huán)邏輯控制功能集成在變頻器內(nèi)部實現(xiàn)，但其輸出接口限制了帶負載容量，同時操作不方便且不具有數(shù)據(jù)通信功能，因此只適用于小容量，控制要求不高的供氣供水場所?？梢钥闯觯壳霸趪鴥?nèi)外變頻調(diào) 速在恒壓恒溫控制系統(tǒng)的研究設(shè)計中，對于能適應(yīng)不同的應(yīng)用場合，結(jié)合現(xiàn)代控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)同時兼顧系統(tǒng)的兼容性閉環(huán)控制研究還不夠深入。因此，有待于進一步研究改善變頻調(diào)速系統(tǒng)的性能，使其能被更好的應(yīng)用于生活、生產(chǎn)實踐。 4 2 PID 變頻 恒溫 系統(tǒng)的 總體 方 案 設(shè)計 PID 控制變頻恒溫供氣系統(tǒng)主要有變頻器、溫度傳感器和 現(xiàn)場的 熱 風(fēng)機 組一起組成一個完整的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)， 該系統(tǒng)的控制流程圖如圖 2－ 1 所示： 圖 2－ 1 PID 變頻 恒溫供氣 系統(tǒng)控制流程圖 從圖中可看出，系統(tǒng)可分為：執(zhí)行機構(gòu)、信號檢測機構(gòu)、控制機 構(gòu)三大部分，具體為： (l) 執(zhí)行機構(gòu)：執(zhí)行機構(gòu)是由三相異步電機鼓風(fēng)機組成，他的作用是為系統(tǒng)鼓風(fēng)提 供熱氣，供氣的大小 和溫度的高低跟 電動機的轉(zhuǎn)速 成正比變化 來控制，而電動機的轉(zhuǎn)速由變頻調(diào)速器控制，可以進行變頻調(diào)速，用以根據(jù)用 恒溫箱里 溫度的變化 而 改變電機的轉(zhuǎn)速 ，以維持系統(tǒng)的溫度恒定。 (2) 信號檢測機構(gòu)：在系統(tǒng)控制過程中，需要檢測系統(tǒng)的溫度。把溫度變化的信號轉(zhuǎn)換為電壓或電流信號進行反饋。當溫度升高時，把溫度升高的模擬信號采集過來進行 A/D 轉(zhuǎn)換，把對應(yīng)的電流信號輸入到 PID 控制器上，讓其改變電機的轉(zhuǎn)速 ，使其溫度下降到恒定 值 。溫度下降 時 效果一樣，只是信號反相而已。 (3) 控制機構(gòu)：恒溫控制系統(tǒng)一般安裝在供氣控制系統(tǒng)柜中，包括供