【正文】 目 錄 V 摘 要 ................................................................ II Abstract ............................................................. III 第 1章 緒 論 ......................................................... 1 熱電偶檢定系統(tǒng)的選題背景 .......................................... 1 熱電偶自動檢定系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀 ...................................... 1 熱電偶 自動檢定系統(tǒng)的主要技術指標 .................................. 2 第 2章 熱電偶自動檢定系統(tǒng)方案的選擇 .................................... 4 系統(tǒng)需要解決的關鍵技術問題 ........................................ 4 技術性能指標 ................................................. 4 關鍵技術問題 ................................................ 4 系統(tǒng)設計方案選擇 .................................................. 5 冷端補償方案 ................................................. 5 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計 ............................................ 7 爐溫控制系統(tǒng)設計 ............................................ 7 上位機監(jiān)控系統(tǒng)設計 ........................................... 8 系統(tǒng)組成結構及工作原理 ........................................ 9 第 3章 熱電偶自動檢定系統(tǒng)的硬件設計 .................................. 10 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件設計 ............................................. 10 多功能數(shù)字測量儀硬件選型 .................................... 10 通道掃描器設計 ............................................. 11 溫度控制系統(tǒng)硬件設計 ............................................. 17 單相晶閘管調 壓觸發(fā)器 ........................................ 17 模入模出接口卡 .............................................. 19 VI 上位機硬件配置 ................................................... 22 第 4章 熱電偶自動檢定系統(tǒng)溫度控制方法 ................................ 23 熱電偶的檢定爐的物理模型分析 ..................................... 23 控制算法選擇 ..................................................... 24 PID 控制 .................................................... 24 模糊控制 .................................................... 26 模糊 PID 參數(shù)自整定控制器的實現(xiàn) ................................... 27 模糊 PID 參數(shù)自整定控制器的結構 .............................. 27 PID 參數(shù)模糊調整規(guī)則 ........................................ 29 模糊推理及解模糊化 .......................................... 31 第 5章 工業(yè)熱電偶自動檢定系統(tǒng)的軟件設計 .............................. 35 軟件系統(tǒng)組成 ..................................................... 35 自動檢定過程 ..................................................... 36 模糊自適應 PID 控制算法的軟件實現(xiàn) ................................. 38 第 6章 結論 .......................................................... 40 參考文獻 .............................................................. 41 謝 辭 ................................................................. 42 附 錄 ................................................................ 43 1 第 1 章 緒 論 熱電偶檢定系統(tǒng)的選題背景 熱電偶是一種感溫元件，它把溫度信號轉換成熱電動勢信號，通過電氣儀表轉換成被測介質的溫度。 I 畢業(yè)設計論文 全自動熱電偶溫度檢定系統(tǒng)設計 II 摘 要 熱電偶是一種常用的溫度傳感器，應用相當廣泛。熱電偶具有測量精度高、熱響應時間快、測量范圍大 (40～1600℃ )、性能可靠、使用壽命長、安裝方便等特點，是生產(chǎn)中最常用的溫度傳感器之一。上述檢定步驟中完全靠手工操作完成，不但人員勞動強度大，檢定時間長， 原始數(shù)據(jù)量大，運算處理較復雜，容易出錯，而且不可避免地產(chǎn)生人為誤差。過程都由手工操作完成，不但人員勞動強度大，檢定時間長，而且效率低、誤差大，影響工作正常進行 ［ 1］ 。 Fluke Corporation（美國福祿克公司）針對幾種型號的恒溫裝置，溫控器及電測儀表，研制了 9938MET／ TEMP 溫度自動校準軟件，可以把硬件裝置結合起來，構成一套自動檢定系統(tǒng)。 (2)控溫精度 在熱電偶檢定過程中，對檢定爐溫度 的控制有要求。 根據(jù)中間溫度定律，當熱電偶冷端溫度 t0≠ 0℃時，熱電偶熱端溫度 t和輸出熱電勢E(t， 0)，之間的關系式為： 6 ? ? ? ? ? ?0ttt0t 00 ， EEE ?? （ ） 式 中 ， E (t,0)，是熱電偶熱端溫度為 t、冷端溫度為 0℃時的輸出熱電勢； E（ t,t0），是熱電偶熱端溫度為 t、冷端溫度為 t0時的輸出熱電勢； E(t0,0)，是熱電偶熱端溫度為 t0、冷端溫度為 0℃時的輸出熱電勢。然而，首先測量設備內部溫度場并不均勻，熱點偶補償線接 入點的溫度與 CPU的表面溫度存在差值其次，集成溫度傳感器的靈敏度一般為 ℃，精度177。 以上列出的溫度測量方法都必須經(jīng)過 A／ D轉換等電路，都會引入轉換誤差。 爐溫控制系統(tǒng)設計 熱電偶自 動檢定系統(tǒng)對檢定爐各項技術指標要求較高，整個檢定過程要求達到升溫快，恒溫時爐溫變化率不能超過177?？煽毓杩販卦O備按其脈沖控制電路觸發(fā)方式的不同，可分為可控硅調壓器和可控硅調功器。測量部分完成數(shù)據(jù)采集工作，控制部分完成爐溫控制，計算機是系統(tǒng)控制中心。測量部分和控制部分均通過 I／ O接口與計算機相連。 主要技術指標： 1) 輸入路數(shù)及電氣連接方式： 16路共地 (共陰 )方式。 13 光 耦 器八路整形器八路整形器驅 動 器光 耦 器八D鎖存器 八D鎖存器I/O譯碼 I/O控制 數(shù)據(jù)緩沖 圖 PC6408開關量輸入輸出接口卡工作原理框圖 鎖 存 器光 電 耦 合 器+ 5 v鎖 存 控 制數(shù) 據(jù) 總 線電 源 端輸 出 端地 端驅 動 器 圖 開關量輸出部分工作原理圖 輸出驅動器件 ULN2020的輸出端允許通過 IC電流 200mA，飽和壓降 VCE約 1V左右，耐壓 BVCEO約為 36V。 (3)使用與操作 I/O基地址選擇： I/O基地址的選擇是通過開關 K1進行的，開關撥至“ ON”處為 0，反之為 1。 表 端口地址與功能表 端口操作地址 操作命令 功能 基地址 +0 讀 寫 A組前 8路開關量輸入信號 基地址 +1 讀 寫 A組后 8路開關量輸入信號 基地址 +2 寫 寫 B組前 8路開關量輸出信號 基地址 +3 寫 寫 B組后 8路開關量輸出信號 16 開關量輸入輸出信號的數(shù)據(jù)格式采用的是位方式，即一個字節(jié)中的任意一位對應一路輸入輸出信號。 單相晶閘管調壓觸發(fā)器 控制輸入與觸發(fā)輸出光電隔離，可以與各種自動化儀表配套使用，并且單相 220V／ 380VAC通用。觸發(fā)功率大，最大可觸發(fā) KP2020A晶閘管； (3)具有軟啟動功能 :開機和過流復位時，輸出電壓逐漸達到設定值，避免大電流沖擊； (4)過流自動鎖定功能：當設備發(fā)生過流時，經(jīng)延時后自動封鎖觸發(fā)脈沖，并自動保持。 主要技術參數(shù)： (1)輸出通道數(shù)： 2路 (互相獨立，可同時或分別輸出 ) DXK 2G 2K 2G 1K 1MCO MGDBNAKE BKE KKE ZFW 2FW 1FK 4FK 3 來自 TAFK 2FK 2FK 1RMS手動380 v220 v 20 (2)輸出范圍： 電壓方式： O～ 5V、 ～ + 電流方式： 0～ 10mA、 4～ 20mA (3)D／ A轉換器件： DAC0832 (4)D／ A轉換分辨率： 8位 (5)D／ A轉換綜合建立時間：≤ 5μ S (6)D／ A轉換綜合誤差： 電壓方式：≤ ％ 電流方式：≤ l％ 輸入輸出插座接口定義見表 ： 表 PC6320輸入輸出插座接口定義表 插座引腳號 信號定義 插座引腳號 信號定義 1 CH0 2 模擬地 3 CH1 4 模擬地 5 CH2 6 模擬地 7 CH3 8 模擬地 9 CH4 10 模擬地 11 CH5 12 模擬地 13 CH6 14 模擬地 15 CH7 16 模擬地 17 V00 18 數(shù)字地 19 V01 20 數(shù)字地 21 空腳 22 空腳 23 I00 24 +12V輸出 21 25 I01 26 +12V輸出 I／ O基地址選擇： I／ O基地址的選擇是通過開關 K進行的，開關撥至“ ON處為 0，反之為 l。其中高可靠性是系統(tǒng)穩(wěn)定運行的保證。結構圖如圖 。考慮到在實際的過程中，還存在延遲現(xiàn)象，所以被控對象檢定爐的數(shù)學模型中還有一個滯后環(huán)節(jié)。常規(guī)的 PID控制系統(tǒng)框圖如圖 ： 比 例積 分微 分被 控 對 象r （ t ） +e ( t )_++U ( t )+E ( ) 圖 PID控制系統(tǒng)的原理框圖 PID的數(shù)學模型可用下式表示： ])()(1)([)( 0 dt tdeTdtteTteKtut diP ? ??? （ ） 其中： u(t)一控制器的輸出 e(t)一控制器的輸入，它是給定值和被控對象輸出值的差，稱偏差信號 KP一控制器的比例系數(shù) Ti一控制器的積分時間 Td一控制器的微分時間 在以微處理器為硬件核心的 控制系統(tǒng)中