【正文】 度采集 智能儀表 執(zhí)行機構(gòu) 圖 2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖 傳感器變送器的選擇及連接 本系統(tǒng)熱電偶檢測溫度，采用輸出為 420mA 2 溫度控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 溫度控制系統(tǒng)的總體設(shè)計方法 本 設(shè)計以電阻爐 為被控對象，選擇熱電偶為溫度傳感器，熱電偶可選擇使用鎳鉻 鎳硅（ K 型），鉑銠 鉑（ S 型），鎳鉻 考銅（ E 型）三種中的一種作為 輸入，移相觸發(fā)模塊為執(zhí)行元件，控制儀表選擇上海萬訊公司的 AI 智能儀表。 隨著我國經(jīng)濟發(fā)展及加入 WTO 帶來的契機，政府及企業(yè)對于高新技術(shù)的發(fā)展都非常重視，對相關(guān)企業(yè)資源進行了重組，相繼建立了一些國家，企業(yè)的研發(fā)中心，并通過合資，技術(shù)合作等方式，組建了一批合資，合作及獨資企業(yè)，使我國溫度等 測試儀表得到迅速的發(fā)展。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 自 1980 年以來，由于工業(yè)過程控制的需要，特別是微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展以及自動控制理論和設(shè)計方法發(fā)展的推動下，國外溫度測控系統(tǒng)發(fā)展迅速，尤其是控制方面，在智能化，自適應(yīng)，參數(shù)整定等方面取得了顯著成果，以日本，美國，德國等國家技術(shù)領(lǐng)先，都生產(chǎn)出了一批商品化，性能優(yōu)越的溫度控制儀表，并在各行片外擴展存儲器 A/D 轉(zhuǎn)換 鍵盤輸入接口 通訊接口 單 片 機 D/A 轉(zhuǎn)換 打印機接口 顯示器接口 業(yè)廣泛應(yīng)用其特點是適用于大慣性，大滯后等復(fù)雜溫度測控系統(tǒng)，具有參數(shù)自整定功能和自學(xué)習(xí)功能，溫度控制系統(tǒng)具有控制精度高，抗干擾力強 等特點。通訊口的功能是通過 RS232 接口總線與上位機作遠距離通訊。以工業(yè)自動化儀表為例，經(jīng)歷過由機械式儀表到電動單元組合儀表（ 1 型， 2 型到 3 型），再到組裝式電子單元儀表的長期發(fā)展過程，直至微機大量應(yīng)用后，才產(chǎn)生了微機化工業(yè)自動化儀表（如集散系統(tǒng)的儀表），并正發(fā)展適合現(xiàn)場總線控制，各種分布控制和網(wǎng)絡(luò)控制的智能儀表。在某些場合，數(shù)據(jù)處理的結(jié)果還直接用來干預(yù)生產(chǎn)過程，組成計算機閉環(huán)控制系統(tǒng)。在高新技術(shù)的推動下，作為工業(yè)主要技術(shù)的測控儀表正跨入真正的數(shù)字化，智能化，網(wǎng)絡(luò)化時代。 關(guān)鍵詞 : 智能儀表；溫度控制； PID 1 緒論 基于智能儀表的溫控系統(tǒng)設(shè)計背景 在鋼鐵，機械，石油化工，電力，工業(yè)爐窯等工業(yè)生產(chǎn)中，溫度是極 為普遍又極為重要的熱工參數(shù)之一。 基于智能儀表溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計 摘 要： 微電子技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展極大地促進了智能測量控制儀表的發(fā)展。單片機技術(shù)、通信技術(shù)及各種功能芯片的 廣泛使用為智能儀表的設(shè)計提供了新的方案，使智能儀表成為了現(xiàn)代測控技術(shù)的主要工具。隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，對溫度的測控精度要求越來越高，測溫范圍越來越廣，因此溫度測控技術(shù)的研究是一個重要的研究課題。不僅各種測控設(shè)備是數(shù)字化的，而且可通過網(wǎng)絡(luò)將分散的控制裝置和各類智能儀表連接起來，實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)過程的集散監(jiān)控管理。這些早期的計算機自動測量系統(tǒng)，自動控制系統(tǒng)在 20 世紀 60 年代末得到迅速發(fā)展，但由于當(dāng)時尚未出現(xiàn)微型計算機，這類計算機系統(tǒng)都程度不同的存在體積大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性差的弊病，難以大范圍推廣。 智能儀表將測試技術(shù)，計算機技術(shù)，控制原理，通訊技術(shù)相結(jié)合，成為現(xiàn)代測量技術(shù)的主要工具 [1,2]。 智能化儀表的整個工作過程都是在軟件程序的控制下自動完成的，裝在儀表內(nèi)部的 ROM 中的監(jiān)控程序由許多模塊組成，每一個模塊完成一種特定的功能。目前，國外溫度控制儀表正朝著高精度，智能化，小型化等方向發(fā)展 。 目前，我國在測控儀表業(yè)與國外的差距主要在如下幾個方面： 1)企業(yè)規(guī)模小，且較為分散，造成技術(shù)力量不集中，導(dǎo)致研發(fā)力量不強，制約技術(shù)發(fā)展。此溫度控制系統(tǒng)還采用 RS485 串行通信與上位機進行通訊，且采用 PID 控制。 DC 溫度變送器 將 溫度 值變換為 標準 模擬 電 信號，并將模擬量 電信號 送智能儀表。 ttEAB 為 ? ? ?? ? ?。熱電勢 ? ?。 成品的熱電偶都有對應(yīng)的分度表，即在參比端溫度為 0℃時，熱電勢和測量溫度的對應(yīng)表。當(dāng)二極管的正向電壓流過一定的電流時，陰極一陽極間的電壓隨溫度直線變化。 ?????? ?????????? 1e xp kTqVII ??，F(xiàn)假設(shè)對于理想的二極管， (在常溫 T=300K時， V ? 26mV)成立， g? 凡不依賴于溫度，且處于正向恒定電流工作狀態(tài)，則此溫度傳感器的靈敏度可表示為 ?????? ???? qVTRqkdTdVS G?? 11ln (25) 通常其值為幾 MV/℃ 。但是， Si 的 PN 結(jié)溫度傳感器在 40K 以上的溫度顯示出好的直線性。 溫度變送器 本系統(tǒng)采用輸出為 420mA d. 儀表采用了統(tǒng)一的直流 24V DC 輸出型溫度變送器的組成方框圖。實際上，具有熱電偶、熱電阻及毫伏輸入三種三種形式的針對性量程單元，電路功能也應(yīng)實現(xiàn)熱電偶冷端補償、熱電阻三線接入，零點遷移以及量程調(diào)整等工作特性。隔離輸出有利輸入回路 反饋回路 集成運放 整流濾波 DC/DA/DC 功率放大 隔離輸出 XX 于防爆性能的實現(xiàn)。 儀表的選擇及連接 AI 調(diào)節(jié)器 本系統(tǒng)所采用的控制儀表為上海萬訊公司的 AI 智能儀表 。當(dāng)其工作在手動方式時控制功能切斷，即相當(dāng)于一個同時具有模擬量輸入和模擬量輸出并帶有 RS485 通訊接口的遠程 I/O 模塊。 AI 調(diào)節(jié)器的硬件結(jié)構(gòu)和工作過程 AI 調(diào)節(jié)器通過 RS485 通信接口，經(jīng) RS232/485 轉(zhuǎn)換器與計算機相連。計算機采 樣得到數(shù)據(jù)，用戶給定值等要求對數(shù)據(jù)進行顯示，計算和保存等處理，對被控參數(shù)根據(jù)相應(yīng)的控制算法計算出控制輸出量，并通過 RS485 總線將數(shù)據(jù)發(fā)送給 AI 調(diào)節(jié)器。 DIL：輸入下限顯示值，一般 DIL=0。 CF：系統(tǒng)功能選擇。 P、 I、 D 參數(shù)可根據(jù)實驗需要調(diào)節(jié) [8]。 由于 RS232C 接口標準出現(xiàn)較早，其傳輸速率低，傳輸距離短，接口易產(chǎn)生共模干擾及信號電平值較高，所以在工業(yè)網(wǎng)絡(luò)控制應(yīng)用中不能得到推廣。 3) RS485 接口采用平衡驅(qū)動器和差分接收器的組合，抗共模干擾能力增強，即抗噪聲干擾性好。 AI 儀表的控制算法 AI 系列儀表中的人工智能控制算法，即對 PID 算法加以改進保留，又加模糊控制算法規(guī)則，并對給定值的變化加入了前饋調(diào)節(jié)。一組 (MPT)參數(shù)即可同時確定 PID 參數(shù)和模糊控制參數(shù)。 在 AI 系 列儀表中，當(dāng)控制參數(shù)在比例帶 以 外時，采用模糊控制，不存在抗飽和積分問題，而對 PID 算法部分又加以改進如下 : 輸出 =比例作用 (P)+積分作用 (I)十微分作用 (D)十微分積分作用 由于儀表中增加了微分積分作用，所以，使常規(guī) PID 算法中的積分飽和現(xiàn)象得到較大緩解。滯后時間越大，則比例作用應(yīng)相應(yīng)減少，而微分作用相應(yīng)增加。 由此，可將人工智能控制