【正文】 ...............7 試驗(yàn)機(jī)應(yīng)用的背景 ........................................................7 試驗(yàn)機(jī)的研究現(xiàn)狀 ........................................................7 試驗(yàn)機(jī)的工作原理 .........................................................8 試驗(yàn)機(jī)溫度控制的發(fā)展趨勢 ................................................9第二章 系統(tǒng)控制方案的設(shè)計(jì) ...................................................10 系統(tǒng)的控制方案 ..........................................................10 控制算法 ................................................................11 數(shù)學(xué)模型建立 .......................................................11 控制系統(tǒng)的算法設(shè)計(jì) .................................................12 采樣信號和控制量分析 ....................................................14第三章 試驗(yàn)機(jī)溫度信號處理 ....................................................16 試驗(yàn)機(jī)溫度控制系統(tǒng)的構(gòu)成 ................................................16 熱電偶測量電路的設(shè)計(jì) ....................................................17 冷端溫度測量電路的設(shè)計(jì) ..................................................20第四章 PLC 系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn) ....................................................22 PLC 的工作原理 ..........................................................22 PLC 的循環(huán)處理過程 ..................................................22 用戶程序的執(zhí)行過程 ..................................................24 S7300 簡介 .............................................................25 數(shù)字量輸入模塊 ......................................................25 數(shù)字量輸出模塊 .....................................................25 數(shù)字量輸入 /輸出模塊 .................................................26 模擬量輸入模塊 ......................................................26 模擬量輸出模塊 ......................................................26 溫度傳感器 ..............................................................27 固態(tài)繼電器 ..............................................................29第五章 軟件設(shè)計(jì) ..............................................................32 STEP7 項(xiàng)目的創(chuàng)建 ........................................................32 使用向?qū)?chuàng)建項(xiàng)目 ....................................................32 直接創(chuàng)建項(xiàng)目 ........................................................34 硬件組態(tài)與參數(shù)設(shè)置 ..................................................35 用變量表調(diào)試程序 ........................................................43 系統(tǒng)調(diào)試的基本步驟 ..................................................43. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手 變量表的基本功能 ...................................................44 變量表的生成 ........................................................45 變量表的使用 .......................................................46 S7300 的編程語言 .......................................................48第六章 結(jié)論 ..................................................................52參考文獻(xiàn) .....................................................................53謝辭 .........................................................................54. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手第一章 緒論 試驗(yàn)機(jī)應(yīng)用的背景隨著微電子技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)的迅猛發(fā)展，微機(jī)測量和控制技術(shù)以其邏輯簡單、控制靈活、使用方便及性能價(jià)格比高的優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用。關(guān)鍵字：試驗(yàn)機(jī)；溫度控制；熱電偶。為了在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用中具有較強(qiáng)的抗干擾能力，采取了一系列抗干擾措施。本課題是電試驗(yàn)機(jī)的溫度控制系統(tǒng)為研究對象，其中一部分為硬件設(shè)計(jì)，主要由控制電路（包括 8031 處理器） ，存儲器 271鍵盤/顯示器接口 8279 等） 、測溫及報(bào)警電路（包括聲光報(bào)警、溫度檢測及 A/D 轉(zhuǎn)化等。例如在冶金行業(yè)軋鋼生產(chǎn)過程中，試驗(yàn)機(jī)能耗約占全廠總能耗的 60%左右，是軋鋼工序的能耗大戶，尤其是近二十年來，試驗(yàn)機(jī)的硬件設(shè)備裝備水平有了很大的提高，因此提高試驗(yàn)機(jī)操作水平，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)全自動燒鋼，降低試驗(yàn)機(jī)能耗意義很大。傳統(tǒng)的試驗(yàn)機(jī)的溫度控制具有升溫單向性，大慣性，大滯后，時(shí)變性等特點(diǎn)。系統(tǒng)采用溫度補(bǔ)償和過零觸發(fā)等技術(shù)，從硬件上保證了測溫精度，為提高控制精度打下了基礎(chǔ)。以 PID 算法為核心實(shí)現(xiàn)對試驗(yàn)機(jī)溫度的自動控制。. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手Design of Temperature Control System for the Test MachineAbstractAlong with our country economy39。它不僅在航空、航天、鐵路交通、冶金、電力、電訊、石油化工等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，而且在日常生活中諸如電梯、微波爐、電冰箱、電視等高科技產(chǎn)品中也有廣闊的使用前景，為工業(yè)生產(chǎn)的自動化、智能控制奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。但是，縱觀加熱爐的發(fā)展史，它們都普遍存在的問題是試驗(yàn)機(jī)的控制精度不高，能源損失比較大的缺點(diǎn)，隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，用計(jì)算機(jī)來控制試驗(yàn)機(jī)已經(jīng)成為當(dāng)前的發(fā)展趨勢，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)就是在這個(gè)背景下提出來的。但是隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展，用計(jì)算機(jī)來控制試驗(yàn)機(jī)的智能控制系統(tǒng)進(jìn)行加熱已成為一個(gè)新的發(fā)展方向。國內(nèi)各種形式的試驗(yàn)機(jī)發(fā)展到現(xiàn)在，還不能講那一種形式是最先進(jìn)、最成熟的，都多多少少存在一些問題，還有待我們?nèi)ヌ剿?，如各熱工參?shù)之間和設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)之間的定量關(guān)系，控制系統(tǒng)和調(diào)節(jié)系統(tǒng)的最優(yōu)化，但計(jì)算機(jī)控制試驗(yàn)機(jī)系統(tǒng)是一種發(fā)展方向。測量溫度部分. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手是靠熱電偶來實(shí)現(xiàn)，熱電偶的冷端補(bǔ)償采用熱電偶（鉑銠 10鉑銠熱電偶）溫度傳感器，測量標(biāo)準(zhǔn)，克服了常規(guī)方法補(bǔ)償誤差大的缺點(diǎn)，該系統(tǒng)具有軟啟動、程序升溫、鍵盤輸入、顯示打印等功能，使溫度控制為誤差達(dá)到小于等于正負(fù) 5 攝氏度，調(diào)節(jié)溫度的超調(diào)量小于30%，實(shí)時(shí)顯示爐內(nèi)溫度，記錄溫度變化的過程。其中 PLC 系統(tǒng)為試驗(yàn)機(jī)溫度控制系統(tǒng)的核心部分起著重要作用。雖然它們設(shè)計(jì)的初衷不一，各有特色，各有適宜的應(yīng)用領(lǐng)域，但技術(shù)上都知道學(xué)人之長，補(bǔ)己之短，PLC、DCS 學(xué)習(xí)到已失去傳統(tǒng)意義上的自己的地步，可以看出各種控制系統(tǒng)之間相互融合是大勢所趨。其中電阻爐是利用電流使?fàn)t內(nèi)電熱元件或加熱介質(zhì)發(fā)熱，從而對工件或物料加熱的工業(yè)爐。電阻爐的功率是根據(jù)電阻爐的熱平衡原則確定的，通過熱平衡計(jì)算，可以比較精確地算出電阻爐的功率。工件加熱需要熱量、工件保溫需要的熱量由爐子的產(chǎn)量、工件的性質(zhì)和規(guī)格尺寸、工作溫度、時(shí)間決定。爐子功率計(jì)算有利用熱平衡原則確下的理論計(jì)算法、經(jīng)驗(yàn)計(jì)算法。功率確定之后，根據(jù)電阻爐的分區(qū)情況，進(jìn)行功率分配，選定加熱元件的形式，選用材料，計(jì)算其參數(shù)，包括冷態(tài)電阻、電源電壓、線徑、長度。電. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手熱油爐溫度控制采用數(shù)字 PID 調(diào)節(jié)規(guī)律，為了確定 PID 的參數(shù)，采用飛升曲線法來確定電熱爐溫度控制的傳遞函數(shù)。輸出從起始值達(dá)到 倍穩(wěn)態(tài)值的時(shí)間為對象時(shí)間常數(shù) T?？刂埔?guī)律的選. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手擇， 據(jù)被測對象的特征，必須選擇一種控制規(guī)律，使?fàn)t溫有變化趨勢時(shí)而被限制，本系統(tǒng)采用自整定 PID 調(diào)節(jié)。在偏差較大時(shí)，采用 PID 控制算法，輸出最大控制電壓，以快速消除大偏差，實(shí)現(xiàn)時(shí)間最優(yōu)控制。與積分對應(yīng)的差分方程 （29） 式中 U1（L）為第 L1 次采樣之前積分項(xiàng)和 （210） 利用控制軟件實(shí)現(xiàn)增量式控制算法，并對控制量 U（L）輸出被控對象。表 變量表序號 采樣信號名稱性質(zhì)（開關(guān)、模擬） 傳感器占用硬件資源 說明1 AI0 模擬量 熱電偶I288 從外界讀入的溫度信號2 DI0 開關(guān)量 啟動信號3 DI1 開關(guān)量 停止信號4 DI2 開關(guān)量 溫度繼電器高溫信號5 DI3 開關(guān)量 溫度繼電器低溫信號6 DI5 開關(guān)量 缺相報(bào)警輸入7 DI6 開關(guān)量 過載保護(hù)信號8 DO0 開關(guān)量 A 相固態(tài)繼電器控制信號9 DO1 開關(guān)量 B 相固態(tài)繼電器控制信號10 DO2 開關(guān)量 C 相固態(tài)繼電器控制信號11 DO3 開關(guān)量 缺相報(bào)警12 DO4 開關(guān)量 高溫指示燈13 DO5 開關(guān)量 低溫指示燈14 DO6 開關(guān)量 KA 線圈. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手第三章 試驗(yàn)機(jī)溫度信號處理 試驗(yàn)機(jī)溫度控制系統(tǒng)的構(gòu)成試驗(yàn)機(jī)爐廣泛用于冶金、石油化工、紡織印染等工業(yè)生產(chǎn)過程。這類控制方法由于數(shù)學(xué)工具深奧，算法復(fù)雜，現(xiàn)場工程師難以理解和接受，因而這些先進(jìn)控制算法的推廣受到制約。與傳統(tǒng)PID 控制算法相比，智能控制算法具有計(jì)算量小、控制器結(jié)構(gòu)簡單、靜動態(tài)性能指標(biāo)好的特，有較高的實(shí)用價(jià)值和理論價(jià)值。該系統(tǒng)以溫度控制為核心，包括模擬信號處理電路（熱電偶放大電路、線性光電隔離電路、多路模擬開關(guān)、環(huán)境溫度測量電路） 、A/D 轉(zhuǎn)換電路、RS232 接口電路、輸出光電隔離電路、控制輸出電路以及電源電路等幾部分組成。將兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體連成閉和回路，當(dāng)兩點(diǎn)結(jié)點(diǎn)處溫度不同時(shí)回路將產(chǎn)生熱電勢，這種稱為熱電效應(yīng)。OPA2335 是由德州儀器公司生產(chǎn)的，它們具有業(yè)界最低的功耗，非常適合應(yīng)用在手持式測試設(shè)備、醫(yī)療儀器、溫度測量、傳感器信號放大、電子刻度計(jì)、車用系統(tǒng)和電池供電儀表等對功率敏感