【正文】 ...................................................... 26 增量式 PID 控制器的程序流程圖 ............................................................................... 30 第五章 電阻爐溫度控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) ........................................................................ 32 控制系統(tǒng)的功能及結(jié)構(gòu) ................................................................................................. 32 數(shù)據(jù)采集卡 ..................................................................................................................... 33 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則 ................................................................................................................. 35 第六章 電阻爐溫度控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) ............................................................................ 36 軟件模塊化設(shè)計(jì)方法概述 ............................................................................................. 36 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明 書(shū)（畢業(yè)論文） VII 電阻爐溫度控制系統(tǒng)軟件總體設(shè)計(jì) ............................................................................. 37 密碼驗(yàn)證模塊 ................................................................................................................. 37 數(shù)據(jù)采集模塊 ................................................................................................................. 38 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換 ...................................................................................................... 38 數(shù)據(jù)采集 .................................................................................................................. 39 信號(hào)處理模塊 ................................................................................................................. 40 PID 控制器模塊 .......................................................................................................... 42 第七章 系統(tǒng)調(diào)試 .................................................................................................................... 44 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................. 47 附錄 A： .................................................................................................................................. 49 附錄 B： ................................................................................................................................... 52 致 謝 ...................................................................................................................................... 53 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明 書(shū)（畢業(yè)論文） 1 第一章 引言 本課題的背景及 意義 隨著工業(yè)的發(fā)展，對(duì)金屬材料的性能提出了更多更高的要求，因而熱處理技術(shù)也向著優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能、無(wú)公害方向發(fā)展。 本文把虛擬儀器與 智能溫度控制相結(jié)合，用LabVIEW 開(kāi)發(fā)了一套自整定的 PID 控制算法的溫度控制系統(tǒng)。 作者簽名： 日期： 年 月 日 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明 書(shū)（畢業(yè)論文） III 注 意 事 項(xiàng) （論文）的內(nèi)容包括： 1）封面（按教務(wù)處制定的標(biāo)準(zhǔn)封面格式制作） 2）原創(chuàng)性聲明 3）中文摘要（ 300 字左右）、關(guān)鍵詞 4）外文摘要、關(guān)鍵詞 5）目次頁(yè)（附件不統(tǒng)一編入） 6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結(jié)論 7）參考文獻(xiàn) 8）致謝 9）附錄（對(duì)論文支持必要時(shí)） ：理工類設(shè)計(jì)（論文）正文字?jǐn)?shù)不少于 1 萬(wàn)字（不包括圖紙、程序清單等），文科類論文正文字?jǐn)?shù)不少于 萬(wàn)字。 作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日 期： 使用授權(quán)說(shuō)明 本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)校可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)校可以公布論文的部分或全部?jī)?nèi)容。 作者簽名： 日 期： 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明 書(shū)（畢業(yè)論文） II 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。 ：任務(wù)書(shū)、開(kāi)題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）。論文 概述了智能溫度控制的發(fā)展與現(xiàn)狀，介紹了虛擬儀器的發(fā)展及其突出特點(diǎn)。 在鋼鐵 、 機(jī)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 ， 隨著工業(yè)過(guò)程對(duì)控溫精度要求的提高，測(cè)溫范圍也隨之變 廣 ，因此溫度控制 技術(shù)的研究是一個(gè)重要的研究課題 。而且，為了方便進(jìn)行工藝的研究 ，需要能保存溫度數(shù)據(jù)。這種電阻爐可以把物料加熱到很高的溫度，例內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明 書(shū)（畢業(yè)論文） 2 如碳素材料石墨化電爐，能把物料加熱到超過(guò) 2500℃ 。對(duì)于品種單一、批料量大的物 料，宜采用連續(xù)式爐加熱?？刂凭纫蕾囉谠囼?yàn)者的調(diào)節(jié)，控制精度不高，一旦生產(chǎn) 環(huán)境發(fā)生變化就需要重新設(shè)置。 (2)詳細(xì)介紹了虛擬儀器技術(shù)及本論文中用到的智能控制方法。 基于本次設(shè)計(jì)的局限性，該論文使用虛擬儀器 設(shè)計(jì)用戶界面和數(shù) 據(jù)采集功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)電阻爐溫度的實(shí)時(shí)控制并取得良好的控制效果，這是電阻爐 溫度控制領(lǐng)域的難題，也是本文研究的重點(diǎn)。虛擬儀器是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)、通信技術(shù)和測(cè)量技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它使得人類的測(cè)試技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展紀(jì)元。如今，隨著電測(cè)技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，儀器技術(shù)必將沿著虛擬儀器方向發(fā)展。 (3)儀器由 用戶自己定義。它充分利用PC 機(jī)豐富的軟硬件資源快速建立數(shù)據(jù)采集應(yīng)用系統(tǒng)，通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡從外界采集各種信號(hào)，對(duì)信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)存儲(chǔ)、實(shí)時(shí)顯示及離線分析。采用 PCI 計(jì)算機(jī)本身的總線，故將數(shù)采卡 (DAQ)插入計(jì)算機(jī)的空槽中即可。 虛擬儀器的核心是軟件，軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)的水平在很大程度上代表了虛擬儀器的水平。 LabVIEW 是一個(gè)帶有擴(kuò)展功能庫(kù)和子程序庫(kù)的通用程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)。此外， LabVIEW 按其易用的方式將復(fù)雜的任務(wù)包裝起來(lái)， 從而 使 復(fù)雜任務(wù)得到簡(jiǎn)化。 (5)快速開(kāi)發(fā)的 LabVIEW 為用戶提供了實(shí)現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑。在流程圖中對(duì) VI 進(jìn)行編程，以控制和操作定義在前面板上的輸入和輸出功能。決定虛擬儀器具有傳統(tǒng)儀器不可能具有的特點(diǎn)的 根本原因在于“虛擬儀器的關(guān)鍵是軟件”。然而，技術(shù)的進(jìn)步是以復(fù)雜性的提高為代價(jià)的，比起使用具有類似功能的一臺(tái)獨(dú)立儀器，用戶必須具備更多有關(guān)硬件方面的知識(shí)。虛擬儀器技術(shù)應(yīng)用方式多種多樣，下面主要針對(duì)虛擬儀器技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化，儀器制造和實(shí)驗(yàn)室方面的應(yīng)用前景和效益進(jìn)行分析。 儀器產(chǎn)業(yè)改造 。這是采用高新技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的一個(gè)大有可為的領(lǐng)域。從日本的 Honda 汽車測(cè)試、澳洲的心臟起搏器設(shè)計(jì) /驗(yàn)證，到英國(guó)電信電話線路性能測(cè)試，全世界數(shù)以萬(wàn)計(jì)的工程師和科學(xué)家們都在使用 NI 的產(chǎn)品達(dá)到他們共同的目的 —— 更快、更好、更省錢(qián)。盡管現(xiàn)在有TcP/IP， DDE 等技術(shù)可以現(xiàn)實(shí)應(yīng)用程序間數(shù)據(jù)共享，但是這些技術(shù)大多數(shù)都不適用于現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的傳輸， Datasocket 編程技術(shù)能夠非常有效地解決上述的問(wèn)題。首先必須承認(rèn)辨識(shí)得到的模型只能是近 似的，不能期望會(huì)找到一個(gè)和實(shí)際過(guò)程完全一致的模型，如果模型的特性和實(shí)際過(guò)程基本一致，那么就認(rèn)為模型是滿意的；檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷臉?biāo)準(zhǔn)應(yīng)該是模型的實(shí)際應(yīng)用效果。在輸出端（冷端）溫度恒定的情況下，熱電偶的輸出電勢(shì)隨著熱端的溫 度增高而增大， 熱電勢(shì)的大小只與二支電極的材料及熱電偶兩端的溫差有關(guān)，而與電極的長(zhǎng)度，直徑，氣壓和空氣濕度等無(wú)關(guān)。短期可以用于真空測(cè)溫 6001700 600800 8001700 鎳鉻 鑷硅 鎳鉻 鑷鋁 K 用于氧化和中性氣氛中測(cè)溫，但偶絲直徑不同， 其測(cè)溫范圍 200℃ 到 1300℃ ，不推薦在還原氣氛中使用。并且所用的元器件少，性能優(yōu)良，精度高，具有先進(jìn)水平。因此，傳統(tǒng)補(bǔ)償方法在很多場(chǎng)合己經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代測(cè)溫的要求。通過(guò)取樣電阻將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，經(jīng)放大后，由數(shù)據(jù)采集卡采集進(jìn)入 PC。 一、 插入深度 。公稱通徑大于 250mm 時(shí)，插入深度宜為 100mm， 一般流體介質(zhì)管道的外徑小于等于 5 0 0mm 時(shí)，插入深度宜為管道外徑的 1/2 外徑大于 500mn 時(shí)，插入深度宜為300mm。對(duì)于溫度不斷變化的被測(cè)場(chǎng)所，尤其是瞬間變化過(guò)程，整個(gè)過(guò)程僅 1 秒鐘，則要求傳感器的響應(yīng)時(shí)間在毫秒級(jí)。由金屬或合金構(gòu)成的熱電偶，在高溫下其內(nèi)部晶粒要逐漸長(zhǎng)大，合金中含有少量雜質(zhì)，其位置或形狀也將發(fā)生變化，而且，對(duì)周環(huán)環(huán)境中的還原或氧化性氣體也要發(fā)生反應(yīng)。 四、 熱電偶的劣化 。熱響應(yīng)時(shí)間要取決于傳感器的結(jié)構(gòu)及測(cè)量條件，差別極大。例如，對(duì)高溫高壓蒸汽管道和一般流體介質(zhì)管道，插入深度與其公稱通徑或管道外徑的大小有關(guān)。 理論與實(shí)驗(yàn)表明 ： 用集成溫度傳感器測(cè)量環(huán)境溫度，利用中間溫度定律和二次分度表查詢進(jìn)行線性插值，可以實(shí)現(xiàn)熱電偶的高精度測(cè)溫。 圖 熱電偶測(cè)溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 熱電偶采集被測(cè)溫度信號(hào)并將其轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，經(jīng)儀表放大器放大， 濾波電路濾波后輸入到數(shù)據(jù)采集卡，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳給 PC。由于熱電偶熱電 勢(shì)和溫度之間的非線性以及冷端溫度的不穩(wěn)定，影響了測(cè)溫精度。 AD590是一種電流型的溫度傳感器， 因此具有較強(qiáng)的抗干擾能力，使用于計(jì)算機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)距離溫度測(cè)量和控制，遠(yuǎn)距離信號(hào)傳遞時(shí)，可以采用一般的雙絞線來(lái)完成，其電阻比較大，因此不需要精密電源對(duì)其供電， 長(zhǎng)導(dǎo)線上的 壓降一般不影響測(cè)量精度，而且不需要溫度補(bǔ)償和專門(mén)的的線性電路，由于 AD590 上述的優(yōu)點(diǎn)，使其在溫度測(cè)量領(lǐng)域得到極為廣泛的應(yīng)用。它們被稱為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖 所示：其中 G(S)為被控對(duì)象的傳遞函數(shù)， D（ S）為控制器的數(shù)學(xué)模型，也是控制算法，它是控制系統(tǒng)的核心。 模型的檢驗(yàn) 。采用 NI 的 LabVIEW/WEB Server 技術(shù)和 Datasocket 技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)診斷對(duì)象的遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)控。這種思想對(duì)從根本上改變傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，降低實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與管理成 本，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程